随着全球老龄化生齿的增添以及意外事故导致骨损失的案例越来越多，，，，，，，，全球骨修复市场需求正大幅增添[1]。。。。。为了改善患者生涯质量，，，，，，，，外科手术中常接纳人工植入物，，，，，，，，以替换患者失效部位。。。。。临床上常用的金属植入质料一样平常包括钛合金、不锈钢以及钴铬合金等，，，，，，，，主要作为人工枢纽、骨取代物等，，，，，，，，替换患者受损或病变的硬质组织。。。。。

不锈钢是生长较早，，，，，，，，质料本钱较低的金属医用植入质料，，，，，，，，曾占有了较大部分的医用金属植入物市场。。。。。但由于不锈钢的密度较大，，，，，，，，患者异物感强，，，，，，，，且 Fe 的耐蚀性较差，，，，，，，，使用历程中磨损释放的 Ni、Cr 离子对细胞毒副作用大等因素，，，，，，，，其在植入体市场上的应用规模在一直缩小。。。。。随着生物医用合金的更新生长，，，，，，，，具有更好生物相容性的钛及钛合金产品近年来被普遍的应用于骨组织修复上[2]。。。。。

现在，，，，，，，，绝大大都医用金属骨植入市场的产品仍接纳模具铸造的生产加工方法。。。。。此类要领对产品尺寸区分度较小，，，，，，，，无法知足差别人种、性别、年岁及个体病例的个性化需求。。。。。同时，，，，，，，，金属质料的弹性模量比骨大，，，，，，，，其与骨团结使用可能会爆发“应力屏障”征象，，，，，，，，恒久使用则会导致病患处泛起骨质松散，，，，，，，，甚至引起植入体滑落，，，，，，，，导致莳植失败。。。。。因此，，，，，，，，近年来，，，，，，，，研究者们试图使用多孔质料降低植入体弹性模量，，，，，，，，提高植入体乐成率。。。。。古板的多孔质料制备要领包括粉末冶金法[3,4]，，，，，，，，浆料法[5,6]和纤维烧结法[7-9]等，，，，，，，，但均因其手艺特点，，，，，，，，或多或少的影响质料力学性能或生物学性能，，，，，，，，使其无法知足植入体的各项需求，，，，，，，，导致多孔生物植入体生长较为缓慢。。。。。

随着 3D 打印装备手艺的一直生长，，，，，，，，使用 3D 打印手艺制造医用多孔质料的优势越发明显。。。。。3D 打印手艺拥有极高的加工自由度，，，，，，，，关于骨科质料的 3D 打印，，，，，，，，其可以使用 CT、MRI 等医学影像，，，，，，，，通过盘算机重修患者失效骨模子，，，，，，，，制造出生物学性能与力学性能更与骨匹配的植入物产品[10,11]，，，，，，，，更可以针对每位患者制订奇异的治疗计划，，，，，，，，实现为骨植入患者“量文体衣”的产品定制。。。。。3D 打印由于其层层加工的特点，，，，，，，，可以利便的制造出种种孔型尺寸及具有仿生学效应和生物相容性的多孔质料，，，，，，，，提高植入物的骨团结能力[10]。。。。。因此，，，，，，，，3D 打印在医用领域保存重大的应用潜力。。。。。本文将主要先容 3D 打印手艺及其近年来在医用多孔钛合金研究上的应用希望。。。。。

1、 医用钛合金的种类及其应用情形

钛及钛合金，，，，，，，，是 20 世纪中期才逐渐最先生长起来的一种金属质料。。。。。其拥有密度低，，，，，，，，比强度高，，，，，，，，耐蚀性能好，，，，，，，，生物相容性好等特点，，，，，，，，被普遍应用于航空航天、石油化工和医疗康健领域。。。。。关于钛在医疗植入上的应用，，，，，，，，早在 1940 年，，，，，，，，就有学者报道了钛植入物与小鼠股骨之间的惰性体现[12]。。。。。1951 年，，，，，，，，又有学者进一步证实了纯钛相比其他古板植入物质料，，，，，，，，拥有更好的的生物相容性能[13]。。。。。但由于其时钛合金生产本钱高昂，，，，，，，，不锈钢在植入体市场已较成熟等缘故原由，，，，，，，，钛合金在医学领域的应用生长一直较为缓慢[14]。。。。。

自 20 世纪 60 年月，，，，，，，，纯钛最先作为人体植入物被应用于临床口腔研究[15]。。。。。随着具有越发优异使用性能的 Ti-6Al-4V 合金的开发，，，，，，，，钛合金最先被普遍应用于医用植入 物市 场。。。。。虽 然 Ti-6Al-4V 的 弹性模 量仅 为114 GPa 左右，，，，，，，，较不锈钢、钴铬合金等其他生物质料低，，，，，，，，但仍比人体皮质骨（15~25 GPa）[16]和松质骨（0.05~3 GPa）[17]横跨一个数目级。。。。。云云大的差别会导致所谓的“应力屏障”效应爆发，，，，，，，，恒久将会导致植入体周围骨吸收，，，，，，，，甚至导致植入体的滑落，，，，，，，，降低骨植入的乐成率。。。。。

同时，，，，，，，，其因素中所包括的 Al、V 等元素，，，，，，，，均具有一定的生物毒性，，，，，，，，恒久在人体内使用会引起植入体周围组织病变[18,19]，，，，，，，，诱发脑病、血虚等症状[20]，，，，，，，，并不适合恒久在人体内使用。。。。。图 1[21]展示了元素生物相容性与极化电阻的关系。。。。。近年来，，，，，，，，针对生物用钛合金，，，，，，，，研究学者围绕无毒、低弹性模量等特征，，，，，，，，开发了诸如含有Ti-Nb-Ta-Zr 的 Gum 合金、含有 Ti-Nb-Zr-Mo-Sn 的 TLM合金以及含有 Ti-Nb-Zr-Sn 的 Ti2448 合金等等，，，，，，，，这些合金均接纳了生物相容性较好的 Nb、Zr、Mo 等元素。。。。。

有实验效果批注，，，，，，，，此类钛合金的骨增进性、致敏性等生物学体现均优于古板植入物所接纳的 Ti-6Al-4V 与Ti-6Al-7Nb[22-25]。。。。。表 1 总结了近年揭晓在各文献中的生物用钛合金的合金因素及其主要力学性能。。。。。

2 、多孔钛合金制备与 3D 打印手艺

钛及钛合金由于其优异的生物相容性、耐蚀性和力学性能，，，，，，，，被普遍的应用于骨组织修复。。。。。虽然钛合金的弹性模量比不锈钢或 Co-Cr 合金低，，，，，，，，但古板加工要领制造生产的致密钛合金质料仍拥有较高的弹性模量。。。。。有研究数据批注，，，，，，，，多孔质料的开发可有用地降低弹性模量，，，，，，，，且为骨长入提供物理空间[30]，，，，，，，，增强骨牢靠。。。。。

关于骨植入多孔质料，，，，，，，，有学者报道，，，，，，，，其孔隙率应控制在 65%~80%之间[31,32]。。。。。关于孔隙率过大的植入体质料，，，，，，，，孔隙率会显著降低质料的抗压强度与疲劳性能，，，，，，，，险些无法知足质料的正常使用需求；；；；；；；；而低于这一值的多孔质料，，，，，，，，由于致密度较高，，，，，，，，影响骨组织长入质料内部，，，，，，，，降低植入体与质料的团结强度。。。。。

为抵达上述质料孔隙率的设计需求，，，，，，，，古板的多孔钛合金质料制备要领主要包括如：粉末冶金法[3,4]，，，，，，，，浆料法[5,6]和纤维烧结法[7-9]等。。。。。但此类要领制作的多孔质料普遍孔径较小，，，，，，，，孔隙漫衍不匀称，，，，，，，，通孔率不高，，，，，，，，或孔壁结构上保存大宗微孔，，，，，，，，限制了其在生物质料领域的进一步生长。。。。。近年来，，，，，，，，随着“3D 打印”手艺的提出，，，，，，，，因其加工的特点，，，，，，，，用 3D 打印来制造多孔质料的优势越发明显。。。。。表2 比照了几种常见多孔质料制备要领的特点，，，，，，，，图 2 则展示了几种常见多孔质料制备要领制备的多孔质料[6,9,33]。。。。。

3D 打印这一看法最早由美国学者于 20 世纪 80年月提出[34]。。。。。美国质料与试验协会 ASTM 将增材制造或 3D 打印界说为“使用三维数据，，，，，，，，通过层层相叠加团结的一种制作工艺”，，，，，，，，拥有极高的加工自由度。。。。。但受限制于 3D 打印装备的生长，，，，，，，，该手艺在近十几年才在生物质料应用研究制造方面有了较为迅猛的生长。。。。。

3D 打印装备，，，，，，，，凭证其供料方法、能量源等，，，，，，，，可以分为近十种种别。。。。。关于包括医用零件、小型航空航天零件的增材制造，，，，，，，，现阶段最为盛行的打印制备要领包括激光选区熔化(selective laser melting, SLM)与电子束熔化(electron beam selective melting, EBSM)两种[35,36]。。。。。此类要领可加工的零件尺寸一样平常小于 0.5 m，，，，，，，，加工精度与成形质量较高。。。。。关于其中的 SLM 工艺，，，，，，，，其是使用激光功率在 200~600 W 之间的激光束作为能量源，，，，，，，，通过阵镜偏转，，，，，，，，激光束选择性的将指定区域金属粉末逐层熔化凝固在一起，，，，，，，，实现“三维打印”的目的。。。。。此要领制造出的金属质料致密度很高，，，，，，，，力学性能甚至可优于古板铸造要领加工的零件[37]。。。。。EBSM 工艺的事情原理在加工方法上与 SLM 工艺较为相似，，，，，，，，但在能量源上接纳更高能的电子束来取代激光。。。。。其使用偏转线圈对射出的电子偏向举行控制，，，，，，，，选择性的照射到粉床外貌，，，，，，，，使电子束入射位置周围的粉末熔化并逐层凝固在一起。。。。。

其常见电子束功率从 2 kW 至数十 kW，，，，，，，，较激光能量高许多。。。。。因此，，，，，，，，EBSM 要领比照 SLM 要领，，，，，，，，具有加工速率快，，，，，，，，但精度相对较低的特点。。。。。现在两者都是金属质料增材制造的最常见手艺，，，，，，，，其事情原理示意图见图 3。。。。。表 3 中则总结了两种工艺参数等比照数据。。。。。

3、 3D 打印多孔钛合金现状

3.1 3D 打印医用钛合金植入体

纵观海内外植入体市场，，，，，，，，古板的生产厂商主要包括 Stryker，，，，，，，，Zimmer-Biomet，，，，，，，，爱康医疗，，，，，，，，威高骨科等。。。。。

其过往产品设计思绪，，，，，，，，往往凭证统计大数据，，，，，，，，设计生产一系列特定尺寸的植入体产品。。。。。关于个体差别较显着或骨缺损较为特殊的部位，，，，，，，，此类牢靠设计基本无法知足各人种、性别、年岁阶段的多样化需求。。。。。关于骨损失部位较大或较特殊的患者，，，，，，，，古板的治疗计划常包括要求患者面临“削足适履”的逆境，，，，，，，，加大手术危害与患者痛苦。。。。。随着 3D 打印手艺的生长，，，，，，，，植入体的设计与生产部分的工程师们，，，，，，，，可以凭证病患的 CT 与 MRI等医学影像，，，，，，，，使用电脑软件，，，，，，，，重修患者的骨 3D 模子。。。。。再通过 3D 打印加工要领，，，，，，，，轻松实现州差别规格的

植入体生产，，，，，，，，实验对患者举行“量文体衣”的治疗计划。。。。。面临全球生齿老龄化的现状以及人们对精准医疗的盼愿与需求，，，，，，，，3D 打印制造植入体的治疗计划的优势禁止小视。。。。。

近年来，，，，，，，，随着 3D 打印装备价钱一直降低，，，，，，，，3D 打印在医疗行业的应用逐渐扩大。。。。。许多研究机构与古板医疗器械生产企业均已着力于 3D 打印医疗产品的研发与制造。。。。。使用 3D 打印制作了诸如牙冠、髋臼杯、椎间融合器等一系列植入物质料。。。。。2010 年，，，，，，，，美国Exactech 公司的 3D 打印骨科植入体率先获得了美国食物药品治理局 FDA 的认证。。。。。我国的爱康医疗则于2015 年获得首张中国国家食物药品监视治理总局CFDA 揭晓的 3D 打印植入物产品认证，，，，，，，，翻开了 3D 打印植入物市场商业化应用的大门。。。。。FDA 与 2017 年 12月宣布了 3D 打印医疗器械手艺指南，，，，，，，，进一步规范了3D 打印医用植入体的生产与检测标准，，，，，，，，为医疗器械厂商 3D 打印产品快速获得 FDA 认证铺平了蹊径。。。。。

图 4 展示了部分使用 3D 打印要领设计钛合金植入质料改善患者手术计划的案例[38-41]。。。。。但由于 3D 打印制造加工历程不完全等同于古板质料的加工要领，，，，，，，，其制造零件的组织形态、力学性能与生物学性能等，，，，，，，，仍需要研究者重新评估与考量。。。。。

3.2 3D 打印钛合金植入体可加工性能研究

金属植入质料具有力学强度要求高，，，，，，，，外观形状重大等特点。。。。。古板金属植入物常接纳铸造要领举行生产加工。。。。。由于 3D 打印特殊的加工要领，，，，，，，，要求 3D 打印质料具有较高的能量吸收率与可焊性，，，，，，，，质料的可加工性值得研究。。。。。3D 打印产品的力学性能与外貌质量，，，，，，，，主要取决于打印功率与扫描战略的配合。。。。。关于早期的 3D打印加工，，，，，，，，由于其机械的局限性，，，，，，，，加工能量源输出功率不稳固，，，，，，，，加工功率与扫描速率的配合不佳等缘故原由，，，，，，，，导致加工出的产品粉末熔化不完全，，，，，，，，孔隙严重，，，，，，，，致密度与力学强度均低于古板铸件。。。。。Abe 等人[42]曾在 2003年，，，，，，，，使用 SLM 手艺，，，，，，，，接纳平均粉末粒径为 25 ?m 的纯钛粉，，，，，，，，以研究加工质料的致密度问题。。。。。然而，，，，，，，，由于机械功率、扫描战略等问题，，，，，，，，其获得了致密度仅约为92%的产品。。。。。

随着近些年 3D 打印装备的一直生长，，，，，，，，Attar 等人[43]在 2014 年使用相近化学组成的质料清静均粉末粒径更粗的纯钛粉(50 ?m)（表 4），，，，，，，，研究了差别打印参数设置对打印致密性的影响。。。。。如图 5，，，，，，，，其接纳 3 种差别打印参数，，，，，，，，获得致密度划分为 96.3% (P=85 W, v=71 mm/s)、98.7% (P=135 W, v=112 mm/s) 与 99.5% (P=165 W, v=138 mm/s)的纯钛零件，，，，，，，，其致密度可抵达古板铸件水平。。。。。关于增材制造质料的力学性能，，，，，，，，多篇文献指出，，，，，，，，接纳 SLM 及 EBSM 要领制造钛及钛合金产品，，，，，，，，其耐磨性[44]，，，，，，，，显微硬度、抗压强度、抗拉强度[43,45] 等性能，，，，，，，，均优于古板铸造质料。。。。。虽然 Edwards 等人[46]也在其文献中提出，，，，，，，，因 SLM 加工仓体温度近似于室温温度，，，，，，，，温度梯度大，，，，，，，，加工冷却速率较快，，，，，，，，经 SLM 加工后 的质料内部剩余应力来缺乏释放，，，，，，，，导致其抗疲劳强度略低于古板锻件。。。。。但 Mercelis 等人[47]在对 SLM 加工后的质料举行后续热处置惩罚后，，，，，，，，可有用去除剩余应力，，，，，，，，进而改善其力学性能。。。。。因此使用 3D 打印手艺改善现有医用钛合金植入物制造工艺，，，，，，，，较为可行。。。。。

3.3 3D 打印钛合金植入体显微组织研究

金属质料的显微组织对证料的力学性能影响较大。。。。。3D 打印历程中，，，，，，，，由于质料的加热与冷却速率与古板加工要领差别较大，，，，，，，，导致 3D 打印金属质料显微组织与古板铸造、铸造后的显微组织有显着差别。。。。。例如，，，，，，，，在使用 SLM 要领打印钛合金零件的历程中，，，，，，，，由于冷却温度梯度大，，，，，，，，冷却速率较高，，，，，，，，在钛合金的凝固历程中，，，，，，，，钛合金的?相转变为?相的历程来缺乏举行，，，，，，，，导致凝固组织中形成大宗过饱和的针状马氏体?′[48,49]。。。。。且马氏体尺寸与冷却速率亲近相关，，，，，，，，当冷却速率越高时，，，，，，，，马氏体的尺寸越细 [50]。。。。。因此，，，，，，，，比照于其他古板加工要领，，，，，，，，3D 打印零件具有抗拉性能较高，，，，，，，，延展性较差的特点。。。。。相比于 SLM 加工工艺，，，，，，，，由于 EBSM 工艺加工历程中，，，，，，，，基板温度始终维持在较高温度，，，，，，，，且真空情形下，，，，，，，，零件冷却速率较慢，，，，，，，，EBSM要领加工生产的钛合金零件相比 SLM 要领加工的钛合金零件，，，，，，，，合金中的组织更为粗大，，，，，，，，抗拉性能较低，，，，，，，，延展性能更好。。。。。

同时，，，，，，，，沿制作偏向生长的柱状晶也是 3D 打印钛合金及其他金属质料的一个显著特点。。。。。由于 3D 打印历程中，，，，，，，，激光或电子束的能量较高，，，，，，，，爆发一定厚度的热影响区，，，，，，，，导致熔池深度凌驾粉末层厚度。。。。。此热影响区会导致之前已经凝固的零件外貌重新熔化凝固，，，，，，，，在零件制作偏向上累加形成较为粗大的柱状晶[51]，，，，，，，，导致 3D打印零件各向异性显着。。。。。图 6 展示了 SLM 要领打印Ti-6Al-4V 合金横纵截面的金相图。。。。。图中可显着视察到上述的针状马氏体相及沿制作偏向生长的柱状晶。。。。。

在图 6 中，，，，，，，，除了可以视察到较为显着的柱状晶外，，，，，，，，还可以较为清晰的视察到左右斜向交织的针状马氏体组织。。。。。通太过析其形态与形成机理，，，，，，，，研究者们发明，，，，，，，，该针状马氏体组织的倾斜偏向与局部热传导偏向亲近相关，，，，，，，，即与激光束或电子束的扫描偏向亲近相关。。。。。当激光束或电子束自左向右扫描时，，，，，，，，晶格倾斜偏向为“///”；；；；；；；；而当激光束或电子束自右向左扫描时，，，，，，，，晶格倾斜偏向为“\\\”[48]。。。。。

此类特殊的显微组织导致 3D 打印钛合金质料具有显着的各向异性，，，，，，，，且此各向异性与 3D 打印加工历程中制订的加工扫描战略亲近相关。。。。。因此，，，，，，，，凭证质料的种类及零件的用途，，，，，，，，制订适当的 3D 打印加工战略，，，，，，，，在 3D 打印加工零件的显微组织与原始力学性能方面显得尤为主要。。。。。

3.4 3D 打印多孔钛合金植入体力学性能研究

“应力屏障”效应是生物质料学家在质料设计及加工历程中，，，，，，，，常提到的一点问题。。。。。其是指生物植入体弹性模量(>100 GPa)与受体骨弹性模量(<20 GPa)的数值差别较大，，，，，，，，导致植入体受力后变形水平与骨纷歧致，，，，，，，，恒久使用会引起植入体周围骨质松散与骨消融，，，，，，，，最终导致植入体滑落的征象。。。。。适当降低弹性模量的要领是近年来生物质料研究学者的事情重点之一。。。。。通常，，，，，，，，降低弹性模量的要领包括接纳弹性模量较低的合金或使用多孔设计降低其零件强度。。。。。

由于 3D 打印的加工方法可以轻盈的实现毫米级多孔质料的设计，，，，，，，，且其加工形状并不受古板加工方法的限制，，，，，，，，是近年来最好的生物多孔质料的设计加工要领。。。。。表 5 展示了部分典范钛及钛合金增材制造要领制得的多孔部件的质料加工方法和力学性能等相关数据。。。。。

由表 5 可以看出，，，，，，，，虽然多孔结构设计可以有用降低质料的弹性模量，，，，，，，，但其抗压强度等也会随之大幅降低。。。。。Stamp 等人[31]曾提出，，，，，，，，为抵达骨组织长入等目的，，，，，，，，植入质料孔隙率应大于 65%，，，，，，，，弹性模量应低于 3 GPa，，，，，，，，且抗压强度同时不可低于 50 MPa。。。。。参照表 5 中的相关文献可以发明，，，，，，，，由于合金自己弹性模量与抗压强度的关系，，，，，，，，接纳纯钛或 Ti-6Al-4V 等古板增材制造合金基本无法同时知足上述要求。。。。。因此，，，，，，，，为进一步提升生物质料的各项性能，，，，，，，，新型高强度低模量的新 β-钛合金的开发就酿成了当务之急。。。。。

由于 β-钛合金其晶格结构为 bcc，，，，，，，，较 hcp 结构的α-钛合金或α+β 相的钛合金相比拥有更低的弹性模量。。。。。Ozaki 等人[52]在 2004 年时接纳古板铸造要领制作出致密的新型 β-Ti 合金 Ti-35Nb-2.5Sn，，，，，，，，并测试其弹性模量为 50.7 GPa，，，，，，，，仅为 Ti-6Al-4V 的一半。。。。。Zhang等人 [53]与 Hernandez 等人 [54]则划分接纳 SLM 与EBSM 要领制造的致密 Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti2448)合金，，，，，，，，其弹性模量划分为 53 与 47 GPa，，，，，，，，与其他古板制造要领制造该合金的效果相似[28,55]，，，，，，，，证实晰用增材制造要领制造纯 β 钛合金的可行性。。。。。通过增添孔隙率，，，，，，，，

Liu 等人[56]使用 EBSM 3D 打印要领进一步降低了Ti2448 合金质料零件的弹性模量。。。。。着实验中，，，，，，，，当孔隙率为 70%时，，，，，，，，Ti2448 的弹性模量仅为 0.7 GPa，，，，，，，，抗压强度为 35 MPa，，，，，，，，为完全消除应力屏障创立了理论基础。。。。。Liu 等人[57]在另一项的研究中，，，，，，，，接纳 SLM 要领实现了 85%孔隙率的 Ti2448 在维持弹性模量为 1 GPa的同时抵达了 52 MPa 的抗压强度，，，，，，，，基本抵达了骨植入质料的理想力学性能要求。。。。。

关于长时间作为承力件的植入体零件，，，，，，，，其疲劳强度同样十分主要。。。。。Edwards 等人[46]研究了 SLM 打印Ti-6Al-4V 合金块体质料的疲劳性能。。。。。其发明，，，，，，，，由于加工冷却速度过快，，，，，，，，3D 打印零件晶体内形成大宗马氏体，，，，，，，，质料内的剩余应力无法释放。。。。。同时，，，，，，，，由于质料的位错往往沿马氏体晶界睁开，，，，，，，，加之 3D 打印质料内部可能会由于粉末熔化烧结不完全，，，，，，，，存有孔洞，，，，，，，，直接加工后的外貌质量不高，，，，，，，，3D 打印的块体质料的疲劳强度远低于锻件[46]。。。。。同时，，，，，，，，由于 3D 打印晶粒生长偏向与加工偏向亲近相关，，，，，，，，疲劳强度各向异性显着。。。。。因此 3D

打印后的零件需要举行适当的热处置惩罚以改善其力学性能。。。。。但比照其他多孔质料制备要领制造出的零件，，，，，，，，3D打印要领生产出的零件的疲劳强度仍然较高。。。。。Li 等人[63]研究了 3D 打印多孔 Ti-6Al-4V 的疲劳强度。。。。。其使用 EBSM 要领制造了孔隙率在 60%~85%之间的Ti-6Al-4V 质料。。。。。通过比照差别结构的 Gibson-Ashby模子[64]的疲劳指数因子，，，，，，，，发明 3D 打印规则 Ti-6Al-4V多孔质料的疲劳指数因子为随机多孔质料的两倍[63]。。。。。 说明 3D 打印是一种较为理想的多孔质料加工要领。。。。。

3.5 3D 打印钛合金生物相容性研究

关于生物医用合金的开发与设计研究，，，，，，，，具有优异的生物相容性能是其主要的设计理念之一。。。。。使用 3D打印的钛合金医用质料，，，，，，，，由于加工方法，，，，，，，，导致零件外貌粗糙度、孔隙度等均与古板加工方法制造的零件有所差别。。。。。因此，，，，，，，，3D 打印医用钛合金的生物相容性同样十分值得研究。。。。。

关于古板的生物质料相容性的研究，，，，，，，，研究者常着重于剖析元素的细胞毒性、细胞繁衍分解水一律因素。。。。。但关于 3D 打印钛合金植入体而言，，，，，，，，由于打印粉末质料大都接纳现有合金因素，，，，，，，，合金自己的生物学体现已经较明晰。。。。。使用 3D 打印工艺制作的多孔质料与古板要领加工的合金相比，，，，，，，，并不会对细胞分解、免疫反应等爆发新的倒运影响[10]。。。。。现有 3D 打印质料的生物相容性研究多集中于 3D 打印加工要领所带来的诸如粉末颗粒残留、外貌粗糙度转变、孔尺寸巨细等因素对生物学体现的影响上。。。。。

关于古板植入体，，，，，，，，磨损爆发的 5~10 ?m 尺寸的碎屑会引起人体免疫系统过敏反应，，，，，，，，已经成为生物质料的业界共识[65,66]，，，，，，，，此类碎屑经由重大免疫反应历程后，，，，，，，，会激活破骨细胞，，，，，，，，导致骨消溶征象的爆发[67]。。。。。由于 3D 打印工艺加工的多孔质料孔隙距离较小以及粉末熔化不完全导致粉末粘连等因素，，，，，，，，3D 打印质料孔隙内的细小粉末很难整理完全。。。。。Li 等人[68] 的研究证实，，，，，，，，3D 打印后残留的细小粉末颗粒同样会引起类似的免疫系统反应，，，，，，，，且随着粉末重复使用次数的增添，，，，，，，，粉末粘结征象会加剧，，，，，，，，致敏征象会越发严重[68]。。。。。因此，，，，，，，，如 何准确处置惩罚打印加工后的样品是未来 3D 打印医用植入体需要考量的问题。。。。。 细胞黏附率是研究植入物早期生物相容性的一个主要指标。。。。。由于 3D 打印的特殊工艺，，，，，，，，导致 3D 打印产品外貌较为粗糙，，，，，，，，为细胞早期攀援创立了理想条件。。。。。

同时，，，，，，，，适当的热处置惩罚工艺可以进一步提高 3D 打印质料的外貌粗糙度，，，，，，，，进而提升骨细胞的黏附与骨团结。。。。。Li 等人[11]通过固溶+水冷的热处置惩罚工艺，，，，，，，，增添了 3D打印 Ti-6Al-4V 的外貌粗糙度。。。。。相比于未经处置惩罚的 3D打印零件，，，，，，，，其早期细胞黏附率可提升约 50%，，，，，，，，且后期骨长入率与骨团结强度均高于未经由处置惩罚的零件。。。。。

3D 打印多孔零件的孔型与孔径尺寸的设计也是3D 打印工艺设计历程中需要思量的问题。。。。。由于 3D 打印具有极高的设计加工空间，，，，，，，，3D 打印医用钛合金的孔型与巨细设计十分富厚。。。。。关于孔形状的设计，，，，，，，，虽有部分报道涉及孔形状对细胞黏附于增值的影响，，，，，，，，但关于何种孔型对细胞更有增进效应，，，，，，，，现在并无明确定论[69,70]。。。。。关于孔径尺寸的设计，，，，，，，，由于该变量与质料的力学性能与骨细胞生长等因素亲近相关，，，，，，，，研究的关注度较多。。。。。Warnke 等人 [10]就曾使用 SLM 要领制备Ti-6Al-4V 合金 0.45~1.2 mm 孔径尺寸的多孔质料，，，，，，，，在体外作育人成骨细胞，，，，，，，，以研究差别孔径尺寸对骨团结性能的影响。。。。。其研究发明，，，，，，，，叼径大于 0.7 mm 时，，，，，，，，成骨细胞数目逐渐镌汰，，，，，，，，骨组织无法长满所有孔洞；；；；；；；；孔尺寸为 0.5~0.6 mm 时，，，，，，，，成骨细胞生长最为兴旺，，，，，，，，可填满整个孔隙。。。。。Taniguchi 等人[71]则将 SLM 打印纯钛多孔质料植入兔子体内，，，，，，，，并研究其在活体中的生物相容性与力学体现。。。。。其同样发明，，，，，，，，0.6 mm 巨细孔洞与其他孔径巨细的孔洞(0.3 与 0.9 mm)相比，，，，，，，，骨组织长入与团结能力更好。。。。。

4 、3D 打印医用钛合金问题与生长建议

随着 3D 打印手艺的一直前进与生长，，，，，，，，3D 打印医用钛合金产品逐步被医患所认知与接受。。。。。其手艺优势对医疗领域的革命立异是显而易见的。。。。。然而，，，，，，，，3D 打印医用钛合金领域仍保存许多问题有待完善。。。。。例如，，，，，，，，3D 打印用粉末本钱较高。。。。。现在，，，，，，，，我国 3D打印用粉末的生产以旋转电极法和气雾化法为主，，，，，，，，该类要领的细粉收得率不高，，，，，，，，可用于 3D 打印的球形粉末出粉率基本低于 30%。。。。。同时，，，，，，，，海内高端制粉装备仍以外洋入口为主，，，，，，，，粉末产品批次稳固性较差，，，，，，，，导致制粉本钱高昂，，，，，，，，粉末售价为其原质料的 10 倍以上。。。。。

3D 打印用的钛合金粉末种类十分有限。。。。。受制于粉末生产手艺与粉末生产本钱的限制，，，，，，，，市面上的钛合金3D 打印用粉末仍以纯钛或 Ti-6Al-4V 粉末为主。。。。。只管近 20 年，，，，，，，，各国研究者针对医用钛合金的需求研发了数款具有优异生物相容性的钛合金产品，，，，，，，，但新型钛合金在 3D 打印上的研究与应用仍十分有限。。。。。

3D 打印产品的性能稳固性有待提高。。。。。受限于粉末批次稳固性与装备工艺的限制，，，，，，，，3D 打印所得产品的稳固性同样不佳。。。。。由于各厂商生产粉末的物理性能与化学性能均有所差别，，，，，，，，导致打印事情前常需要凭证粉末性能调解探索加工工艺参数。。。。。打印历程中无法对加工历程举行实时监控与评价，，，，，，，，难以实时发明问题，，，，，，，，对 3D打印工程师的手艺水平与履历要求较高。。。。。

3D 打印零件组织缺陷难以阻止。。。。。由于 3D 打印钛合金的历程中，，，，，，，，打印零件冷却速率较快，，，，，，，，难以阻止的泛起马氏体组织。。。。。且加工历程中不匀称温度场引起的剩余应力难以释放，，，，，，，，严重时可能造成零件变形。。。。。加工方法导致 3D 打印质料各项异性显着。。。。。因此 3D 打印零件的加工历程控制及零件的后续处置惩罚值得深入研究。。。。。

关于 3D 打印植入物产品没有完善的评价系统。。。。。只管自 2010 年 FDA 揭晓了首张 3D 打印骨科植入产品的允许证起，，，，，，，，FDA 已经批准了上百种 3D 打印的医疗器械产品，，，，，，，，但其中金属植入物产品及种类仍有限，，，，，，，，且绝大大都为脊柱椎体、椎间融合器与髋臼杯等统一设计的产品。。。。。关于针对患者定制的个性化产品，，，，，，，，由于FDA 与 CFDA 关于 3D 打印产品并无单独的评价系统，，，，，，，，导致此类产品很难获得市场准入认证，，，，，，，，仅能停留在临床试验阶段，，，，，，，，无法施展 3D 打印医疗器械的最大优势。。。。。

综上所述，，，，，，，，关于增进 3D 打印医用钛合金在医疗领域的进一步生长，，，，，，，，以下事情有待进一步推进：

1) 刷新金属球形粉末制备要领，，，，，，，，建设 3D 打印金属粉末质料的标准与规范，，，，，，，，提高 3D 打印用粉末细粉收得率与批次稳固性。。。。。

2) 增添 3D 打印粉末的多样化，，，，，，，，尽快引入新型医用钛合金在 3D 打印上的应用与研究。。。。。通过与质料基因组研究妄想的团结，，，，，，，，突破现有质料瓶颈，，，，，，，，开发更适合 3D 打印工艺的新质料。。。。。

3) 建设装备-质料-工艺的协同生长机制，，，，，，，，制订针对证料与装备相团结的 3D 打印加工工艺，，，，，，，，以生产出性能更优异、批次稳固性更强的 3D 打印产品。。。。。

4) 加大 3D 打印质料及要领在医疗应用准入允许上的推动力度，，，，，，，，针对 3D 打印加工要领，，，，，，，，设立相关国家和行业标准与评价系统，，，，，，，，降低 3D 打印手艺的推广应用门槛，，，，，，，，使这项手艺造福于民。。。。。

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