钛合金因其高强度、耐侵蚀好和生物相容性好等优异性能而备受关注[1-3]。。。。。。。。增材制造手艺的泛起为钛合金的高效制备带来了新机缘，，，，，，，，能够实现重大形状的细密制造，，，，，，，，并且能够定制钛合金的显微结构，，，，，，，，强盛的个性化制造能力全方位地知足未来社会工业规模个性化定制的需求[4-6]。。。。。。。。增材制造钛合金为生物医学领域提供了一种有潜力的质料选择，，，，，，，，在骨科植入物、牙科修复等方面的应用一直拓展，，，，，，，，有望为患者带来更好的治疗效果。。。。。。。。通过生物力学性能测试和生物学评估来展望钛合金的服役清静性。。。。。。。。低模量因素设计和多孔分级结构的优化是现在钛合金生物力学性能的主要研究偏向，，，，，，，，而质料外貌的化学因素和微结构控制，，，，，，，，是提高钛基复合质料植入体的耐侵蚀性和生物相容性的要害手艺手段。。。。。。。。

本文旨在周全探讨增材制造钛合金的相关制造手艺及其在生物医学领域的应用。。。。。。。。针对新型钛合金的高性能需求设计，，，，，，，，提出钛合金的相变调控和功效梯度质料设计战略的途径。。。。。。。。通过对选区激光熔化、选区激光烧结、电子束熔化和激光定向能量沉积等制备手艺的先容，，，，，，，，简述上述要领的特点和适用规模。。。。。。。。最后重点关注增材制造钛合金在生物医学中如耐磨部件、非承力部件和齿科部件等领域相关应用，，，，，，，，体现其在改善医疗装备和治疗效果方面的潜力。。。。。。。。本文将为增材制造钛合金生物学应用的研究和应用提供有益参考。。。。。。。。

1、增材制造高性能钛合金设计

作为生物医用质料，，，，，，，，钛合金需要思量怎样降低弹性模量，，，，，，，，以镌汰应力屏障问题。。。。。。。。解决这一问题的主要手段是设计低模量的钛合金质料，，，，，，，，这里将从钛合金的相结构调控和功效梯度质料设计的战略叙述。。。。。。。。

1.1　相结构调控战略

思量到钛合金增材制造历程需履历超快速凝固、内禀热循环等历程，，，，，，，，会对沉积质料爆发“原位热处置惩罚”效应，，，，，，，，导致初生相剖析或新相析出，，，，，，，，致使打印构件内组成沿袭着激光束偏向体现为不匀称漫衍。。。。。。。。怎样调控柱状晶／等轴晶转变比例和晶粒细化水平是现在增材制造高性能钛合金部件亟需解决的问题。。。。。。。。虽然控制增材制造流程和匀称化后处置惩罚在一定水平上能降低组成相的不匀称性，，，，，，，，但消除柱状晶的作用有限，，，，，，，，同时也导致部件生产周期与制造本钱的增添。。。。。。。。作为植入体质料，，，，，，，，钛合金质料需思量低弹性模量的设计，，，，，，，，使之与人工骨靠近。。。。。。。。现在常用于调控相结构的要领主要包括退火、固溶和时效等热处置惩罚手段以及元素掺杂等因素调理。。。。。。。。就质料系统而言，，，，，，，，通过添加特定合金元素或第二相物质，，，，，，，，调控低模量β相合金的比例含量，，，，，，，，这是降低模量的主要战略之一。。。。。。。。通常把能够降低相变温度的元素称为β稳固元素，，，，，，，，主要包括同晶型（如钼、铌、钒等）和共析型（如铬、锰、铜、铁、硅等）两种。。。。。。。。现在研究较多的钛合金，，，，，，，，如Ti-Ta、Ti-Mo和Ti-Nb合金，，，，，，，，具有较低的弹性模量，，，，，，，，能更好地与刚性骨骼匹配，，，，，，，，镌汰应力屏障。。。。。。。。詹宇星等人[7]剖析了激光重熔（ＬＲ）处置惩罚对激光粉末床熔合（LPBF）制备的Ti6Al4V合金热稳固性的影响作用。。。。。。。。经ＬＲ处置惩罚后Ti6Al4V钛合金样品内α′相热稳固性显著提升，，，，，，，，β-Ti相泛起的温度点由500升至700℃。。。。。。。。经LPBF处置惩罚的Ti6Al4V钛合金内晶粒一连生长，，，，，，，，700℃以上泛起显着的“短棒状”和“粗层片状”特征；；；；；；而ＬＲ处置惩罚的Ti6Al4V样品表层熔化区内晶粒仍坚持等轴特征，，，，，，，，在700℃以上的熔化区和热影响区内泛起较为匀称细小的针状组织。。。。。。。。稀土元素及其化合物的掺杂在一定水平上能够改善打印部件的性能[8]。。。。。。。。ＬＩＵＹｉｎｇｈａｎｇ等人[9]在预合金化的Ti4Al4V粉末中添加微量的Y2O3纳米颗粒，，，，，，，，使用激光粉末床熔融（LPBF）工艺制造兼具高强度与高延展性的Ti4Al4V-Y2O3质料。。。。。。。。与通例热处置惩罚LPBF合金相比，，，，，，，，向预合金化Ti4Al4V粉末中添加微量Y2O3纳米颗粒后获得的Ti44-Y2O3质料展现出更为优异的强度-塑性组合体现，，，，，，，，突破了强度-塑性之间的互抵性问题，，，，，，，，即无法同步提升的手艺瓶颈。。。。。。。。在增材制造中引入Y2O3纳米颗粒能够显著提高合金强度和延展性，，，，，，，，细化晶粒并调控微观结构。。。。。。。。掺杂Y2O3颗；；；；；；鼓鼙苊獯蛴±讨形⒘盐频男纬桑，，，，，，通过增添熔池粘度镌汰晶界处的溶质偏析。。。。。。。。刘包发等人[10]研究发明，，，，，，，，热处置惩罚工艺对TC4合金微观组织结构影响较大，，，，，，，，钛合金中α相晶粒越细。。。。。。。。，，，，，，转化的β相含量越高，，，，，，，，则剩余压应力值越大，，，，，，，，耐蚀性越好。。。。。。。。当钛合金在940℃以上保温1Ｈ后再冷却，，，，，，，，组织由亚稳态α′相转变为α＋β相及少量次生α相。。。。。。。。与空气炉冷相比，，，，，，，，在水冷条件下获得的钛合金β相含量更高。。。。。。。。当热处置惩罚温度为800、940和1080℃时，，，，，，，，钛合金外貌剩余应力值较低。。。。。。。。当热处置惩罚温度抵达1020℃时，，，，，，，，钛合金外貌保存的剩余压应力值约为470MPa，，，，，，，，耐蚀性能最佳。。。。。。。。浚？？？？Ｋ剂康剑-ＰＢＦ历程中由于熔池冷却速率很高，，，，，，，，在TC4合金中形成粗大初生的β相柱状晶和针状α′马氏体，，，，，，，，导致TC4合金泛起强度高、塑性差等问题，，，，，，，，难以知足现实应用要求。。。。。。。。常浩等人[11]研究发明，，，，，，，，添增强β稳固元素Mo能够大幅度降低钛合金中马氏体的相变温度，，，，，，，，Mo可在β-Ti中无限互溶，，，，，，，，不形成硬脆相金属间化合物。。。。。。。。掺杂差别含量的Mo可以获得差别类型的显微组织，，，，，，，，如Mo含量小于3wt.%时钛合金以针状α′马氏体为主晶相，，，，，，，，Mo添加可以细化初生β柱状晶和针状α′马氏体；；；；；；而Mo含量在3～7wt.%之间时钛合金由α′和β两相组成；；；；；；Mo含量凌驾10wt.%时，，，，，，，，合金主要由β相组成。。。。。。。。赵萍等人[12]的研究批注，，，，，，，，接纳SLM制造的TC4散热片在差别处置惩罚条件下获得的微观组织差别显着。。。。。。。。SLM-TC4散热结构由细针状α＇相和少量β相组成，，，，，，，，在近内孔区为片状α＇相集束群，，，，，，，，外侧则是α＇相在β基体上随机漫衍。。。。。。。。随着退火温度和保温时间增添，，，，，，，，组织爆发粗化，，，，，，，，硬度先升后降，，，，，，，，耐蚀性增强。。。。。。。。当退火温度为900℃时，，，，，，，，α′相基本转化成α相，，，，，，，，β相含量增添，，，，，，，，晶粒漫衍更匀称。。。。。。。。经固溶处置惩罚后SLM-TC4内部形成网篮组织。。。。。。。。随着固溶温度增添，，，，，，，，晶粒浚？？？？？矶群挺孪嗪吭鎏恚，，，，，，硬度降低，，，，，，，，侵蚀性增强。。。。。。。。当固溶温度为980℃时，，，，，，，，散热孔周围保存少量棒状α相。。。。。。。。接纳固溶＋时效复合处置惩罚后，，，，，，，，组织以匀称弥散的（α＋β）相为主，，，，，，，，硬度降低。。。。。。。。ＬｉｂｏＺｈｏｕ等人[13]重点研究了选择性激光熔化Ti-13Ｎｂ-13Ｚｒ-[0-8]Ta（wt.%）合金的相变（β→ω和ω→α＋β）及其与弹性性能的关系。。。。。。。。当Ta含量小于6%时，，，，，，，，随着Ti合金中Ta含量增添，，，，，，，，ω相的形成量增添，，，，，，，，但高Ta含量（＞8wt.%）则抑制ω相的形成。。。。。。。。随着Ta含量增添，，，，，，，，Ti合金弹性模量先增大后减。。。。。。。。，，，，，，这是由于随后ω相数目的转变。。。。。。。。固溶处置惩罚后，，，，，，，，ω相剖析为α相和β相，，，，，，，，Ti合金弹性模量随着Ta增添而降低。。。。。。。。

1.2　功效梯度质料设计战略

功效梯度质料的制造手艺主要包括离心铸造、高温自伸张合成、等离子喷涂、粉末冶金、化学气相沉积等。。。。。。。。上述要领主要弱点是质料形状和尺寸可设计性不敷无邪。。。。。。。。而激光增材制造手艺能够实现增强体添加量的无邪设计和难加工部件的高效制造。。。。。。。。通过添加中心层引入梯度界面的方法实现梯度功效质料的增材制造。。。。。。。。功效梯度陶瓷颗粒增强钛基复合质料由于将金属的优异延展性与陶瓷的耐磨性／高硬度相团结而备受关注，，，，，，，，调控质料因素和微观结构实现性能的可控设计。。。。。。。。近年来，，，，，，，，多标准异质结构质料（如梯度结构、谐波结构、异质层状结构、非匀称溶质结构等）在协调合金强度和延展性方面展现出古板结构质料无法相比的奇异优势。。。。。。。。优异的力学性能主要源于差别区域具有差别的微观结构特征，，，，，，，，爆发渐进式分区应变效应，，，，，，，，有用抑制应变局部化。。。。。。。。TiａｎｌｏｎｇＺｈａｎｇ等人[14]通过将热力学数据库与相场模拟相团结，，，，，，，，调控在钛合金中爆发异质微观结构的转变途径，，，，，，，，进而实现钛合金强度和延展性的协同组合。。。。。。。。通过基体相的伪条幅剖析和互扩散的浓度调制有用地形因素级和梯度的α＋β两相组织，，，，，，，，并形成细α析出区和无α析出区或粗α析出区混淆。。。。。。。。所制备的新型显微结构包括“倒球状α”双峰显微结构和α析出相粒径和数目密度空间梯度可控的梯度显微结构。。。。。。。。这将为设计析出硬化合金的新型非均相组织提供一种通用制造战略。。。。。。。。浚？？？？？蒲兄霸笔褂眉す馊廴诔粱忠眨↙MD）乐成制备了钛基梯度质料，，，，，，，，证实LMD手艺的可行性[15]。。。。。。。。Ｒ.Ｍ.ＭａｈａMoｏｄ等人[16]在优化LMD工艺下制备的TiC／Ti6Al4V功效梯度复合质料，，，，，，，，其平均显微硬度高于通例工艺条件下获得的复合质料。。。。。。。。ＬｉＬｉｑｕｎ等人[17]接纳激光熔融沉积（LMD）手艺制造出含TiC的无裂纹Ti6Al4V／TiC梯度复合质料（见图1），，，，，，，，其中，，，，，，，，TiC以未熔颗粒、共晶、枝晶等形式保存。。。。。。。。该质料顶部硬度抵达7.2GPa，，，，，，，，最高抗拉强度达1225MPa（TiC＝5vol.%时）。。。。。。。。与基体TC4相比，，，，，，，，抗拉强度提高12%。。。。。。。。随着TiC含量增添，，，，，，，，导致未熔融和枝晶TiC颗粒增多，，，，，，，，颗粒尺寸增大，，，，，，，，极限拉伸性能降低。。。。。。。。

Ｆ.Ｗａｎｇ等人[18]发明，，，，，，，，添加硬质TiC能提高Ti6Al4V基体耐磨性，，，，，，，，改善基体的摩擦性能。。。。。。。。在高含量TiC的质料内，，，，，，，，由于未熔TiC和大宗枝晶原生TiC的保存，，，，，，，，导致强度和塑性迅速下降。。。。。。。。ＺｈａｎｇＹ.Ｚ等人[19]通过调解Ti与TiC的进料比，，，，，，，，使用LMD制备出两层薄壁的功效梯度复合质料。。。。。。。。该质料无离散界面，，，，，，，，微观结构泛起为梯度转变。。。。。。。。钛基复合质料在生物医学中的临床研究需知足力学、生物相容性等要求，，，，，，，，而具有组分可设计性能的增材制造手艺能通过改变组分设计和结构优化实现调控微观结构的目的，，，，，，，，为通过3D打印获得理想的机械特征提供途径。。。。。。。。以合金设计指导3D打。。。。。。。。，，，，，，拓展了3D打印制备性能匀称合金的广度，，，，，，，，为制备具有匀称性能的未知结构合金提供新途径。。。。。。。。

2、钛合金增材制造手艺

现在常用钛合金的增材制造要领，，，，，，，，主要包括选区激光熔化（SLM）、激光金属沉积手艺（LMD）、电子束熔化手艺（EBM）、激光定向能量沉积手艺（LDED）等。。。。。。。。

2.1　选区激光熔化

选择性激光熔化（SLM）是一种使用高能激光束逐层熔化钛粉来制造三维多孔结构的要领。。。。。。。。SLM手艺准确控制孔隙的巨细、形状及其漫衍，，，，，，，，成形精度高，，，，，，，，后续处置惩罚容易，，，，，，，，能够制备出具有优异力学性能和生物相容性的多孔植入物。。。。。。。。SLM法可加工如钛合金、钴铬合金、高温合金、难熔金属等质料。。。。。。。。钛合金假体被普遍应用于骨科疾病的治疗，，，，，，，，其中相互毗连的孔隙度和适当孔隙巨细是骨整合能力的要害。。。。。。。。3D打印手艺为构建内部和外貌结构可控的假体支架提供了一种有用要领。。。。。。。。ＺｈｅｎｇＹｕｈａｏ等[20]通过SLM手艺打印出四种4种互联孔隙率在70%以上的钛合金支架，，，，，，，，优化Ti6Al4V植入物支架最佳孔径（见图2）。。。。。。。。随着支架孔径减。。。。。。。。，，，，，，支架强度提高。。。。。。。。当以立方体为单体的支架孔径约为202μｍ时，，，，，，，，宿主骨与支架间毗连稳固性最好，，，，，，，，骨整合能力最强。。。。。。。。在支架中还保存着部分支柱断裂和中空等问题，，，，，，，，这是由于激光功率过低或激光成形速率太快导致的，，，，，，，，打印件一连性有待提高，，，，，，，，SLM工艺参数需进一步优化。。。。。。。。接纳参数化构建要领可准确设计出具有孔隙率等要害特征的模子，，，，，，，，进而制造出知足力学性能要求的骨组织工程支架。。。。。。。。ＷａｎｇＺｉｈａｎｇ等[21]通过SLM手艺制备了模拟骨小梁结构（ITS）和通例结构（RS）的多孔TC4支架。。。。。。。。研究发明ITS支架有利于细胞增殖和成骨分解，，，，，，，，叼径为400μｍ时细胞存活率最高（Ｐ＜0.01）。。。。。。。。与通例结构（RS）相比，，，，，，，，模拟骨小梁结构（ITS）多孔TC4支架的钙盐沉积量最高，，，，，，，，相关基因和卵白表达提高（见图3）。。。。。。。。

ＷＥＩＷＨ等人[22]以TC4粉和Ａｒ-CＨ4气体为质料，，，，，，，，使用SLM法在TC4质料内原位合成出球状／片状结构TiC纳米相。。。。。。。。当CＨ4（vol.%）抵达11.5%时，，，，，，，，该复合质料综协力学性能最好，，，，，，，，耐压强度和硬度划分为2190MPa和4.1GPa。。。。。。。。

氧化石墨烯（GO）是一类具有生物相容性的碳质料。。。。。。。。ＭｉａｏＷＨ等[23]接纳SLM法和Ti6Al4V-0.5%GO质料粉体制备出TC4复合质料，，，，，，，，剖析条纹、线型、空心块体和分块变向等4种差别扫描打印战略对打印件性能的影响作用。。。。。。。。在分块变向扫描战略下打印的TC4质料温度梯度和热应力相对最。。。。。。。。，，，，，，质料硬度和耐磨性最佳。。。。。。。。ＬｉｕＸ等人[24]通过添加少量GO粉制备TC4／（Al2O3＋TiC＋TiＯ2）复合质料。。。。。。。。通过引入GO提高打印质料的孔隙率。。。。。。。。当GO含量为0.5%时，，，，，，，，耐侵蚀性能最好，，，，，，，，硬度比TC4基体高15.80%，，，，，，，，孔隙率仅0.96%。。。。。。。。

SLM法可制造的质料系统规模较广，，，，，，，，如镍基合金、钴铬合金、镁合金、钛合金等。。。。。。。。需要强调的是，，，，，，，，该法通常接纳铺粉方法举行逐层扫描，，，，，，，，所用复合粉初始状态如流动性、群集度、球形度等对终产品的成形作用较为显着。。。。。。。。接纳外貌改性手艺对证料粉处置惩罚，，，，，，，，增强复合粉的整体流动性，，，，，，，，提高打印件的力学性能。。。。。。。。别的，，，，，，，，优化增材制造历程参数将显著提升Ti基质料的综合性能。。。。。。。。

2.2　选区激光烧结

选区激光烧结（ＳｅｌｅCTiｖｅＬａｓｅRSｉｎｔｅｒｉｎｇ，，，，，，，，SLS）是使用高功率激光将粉末选择性地烧结成特定形状，，，，，，，，能够制造重大形状的物体，，，，，，，，不受古板工艺限制，，，，，，，，可快速制造原型和小批量生产。。。。。。。。ＩGOｒＶ.Ｓｍｉｒｎｏｖ等[25]通过SLS手艺制备了兔颅骨弓和高10ｍｍ、直径5ｍｍ、孔隙率50%的多孔圆柱体等具有特定形状／结构的多孔Ti植入物（见图4）。。。。。。。。SLS手艺可较好地控制孔隙率（约为50%），，，，，，，，有利于细胞和营养物质的运输，，，，，，，，为骨生长提供相宜情形。。。。。。。。接纳电化学沉积团结仿生法在多孔Ti植入物外貌低温合成出八钙磷酸盐（ＯCＰ）涂层，，，，，，，，提高其在颅面修复中的服役性能。。。。。。。。

ＳｉMoｎｅｔTaＤ＇ＥｒCｏｌｅ等人[26]对SLS制造的新型3D钛合金外貌举行机加工（ＭａCｈｉｎｅｄ）与双酸蚀刻（ＤＡＥ）处置惩罚。。。。。。。。比照植入物的三种差别类型外貌形貌对抗菌性能的影响作用（见图5）。。。。。。。。SLS制备的新型三维外貌对口腔链球菌（Ｓ.ｏｒａｌｉｓ）的定植有显著抑制作用，，，，，，，，3D外貌具有显着的抗粘赞许抗膜活性，，，，，，，，抗菌效果与纳米粗糙度、外貌氧气保存和微外貌积等结构有关。。。。。。。。ＮｏｍａｎＨａｆｅｅｚ课题组[27]选择性激光烧结（SLS）制备β型Ti-35Ｎｂ-2Ta-3Ｚｒ合金。。。。。。。。当最大施加应变为27%时，，，，，，，，试样最大可恢复应变约为4.8%，，，，，，，，与通例工艺相比，，，，，，，，性能有显著提高。。。。。。。。｛112｝＜111＞β孪晶结构特征的形成，，，，，，，，为｛112｝＜111＞β孪晶陪同应力诱发的ω转变提供确切的证据。。。。。。。。｛112｝＜111＞β孪晶与应力诱导的ω-相形成共存结构。。。。。。。。陪同β结构形成，，，，，，，，SLS试样的超弹性恢复和弹性恢复导致Ｉ型孪晶马氏体的形成。。。。。。。。β相和ω相之间的转变历程见图6。。。。。。。。沿纵向孪晶界线的弱界面应力区，，，，，，，，ω相薄层形成。。。。。。。。相结构与母体β相的取向关系涉及到ω相的重叠，，，，，，，，陪同着纵向β-基体和β-孪晶，，，，，，，，且在双马氏体、应力诱导的ω相和β相中形成位错缠结和位错群集。。。。。。。。虽然能依据患者个性化需求，，，，，，，，单独设计并快速制造定制的植入物。。。。。。。。通过优化SLS工艺参数来提高所形貌零件的质量和机械性能。。。。。。。。现在保存的主要问题是精度相对较低，，，，，，，，难以知足高精度要求的应用场景。。。。。。。。值得注重的是，，，，，，，，SLS粉末制造的高密度金属／陶瓷部件需与后继处置惩罚或兼具生物相容性的聚合物相团结来制造多孔工程支架。。。。。。。。

2.3　电子束熔化

电子束熔化（EBM）与SLM类似，，，，，，，，EBM使用电子束作为热源熔化钛粉，，，，，，，，能实现大粒径粉末近净成形。。。。。。。。与其他增材制造手艺相比，，，，，，，，EBM逐层制造金属零件的手艺较为成熟，，，，，，，，适用于Ti6Al4V等合金。。。。。。。。由于电子束熔化历程中熔池较大，，，，，，，，获得更为匀称的微观结构。。。。。。。。ＭｉｋｉｎｏｂｕGOｔｏ等[28]通过EBM制造的晶格状互连大孔的Ti6Al4V植入物（见图7），，，，，，，，多孔钛孔隙率为57.5%，，，，，，，，最大抗压强度为78.9MPa，，，，，，，，多孔莳植体杨氏模量为3.57GPa（ＳＤ＝0.33），，，，，，，，与人类皮质骨的杨氏模量相近，，，，，，，，在3～20GPa之间模量匹配能镌汰承载金属植入物的应力屏障问题。。。。。。。。多孔Ti6Al4V植入物经ＡCａＨＷ处置惩罚可诱导体外模拟体液中磷灰石的形成，，，，，，，，可诱导生物活性。。。。。。。。经ＡCａＨＷ手艺处置惩罚的晶格状互连孔的Ti6Al4V植入物有望应用于临床应用中。。。。。。。。

近年来，，，，，，，，基于三周期最小外貌（TPMS）的多孔质料增材制造备受关注，，，，，，，，因其在开放孔隙度、大外貌积和外貌曲率方面的奇异属性，，，，，，，，被以为是兼具骨模拟特征和显著的成骨潜力的新型医用质料。。。。。。。。为了验证作为骨替换质料的可行性，，，，，，，，CＰｏｌｌｅｙ等人[29]接纳EBM手艺制备了由差别巨细的Ｇ-极小外貌螺旋结构组成的多孔Ti6Al4V支架（见图8）。。。。。。。。研究了多孔支架的特征包括如形态学（孔隙度、孔径、质料缺陷）和力学性能（准静态压缩、疲劳强度），，，，，，，，其与骨替换生物质料的应用相关性。。。。。。。。EBM法获得的差别螺旋结构单位细胞的多孔Ti6Al4V支架平均孔隙率约为71%～81%，，，，，，，，平均孔径约为0.64～1.41ｍｍ，，，，，，，，孔隙尺寸有利于骨细胞迁徙和血管化。。。。。。。。该研究证实，，，，，，，，高孔隙度和开放外貌积使得旋转支架成为一种有前途的结构，，，，，，，，能够沉积特另外外貌涂层，，，，，，，，进一步增强骨整合性能。。。。。。。。

基于3D模子和立异设计法的数字化制造对医疗装备的功效化提出了新挑战，，，，，，，，而电子束熔化（EBM）等工艺在生产如骨修复植入物中施展主要作用。。。。。。。。Ａ.Ｊ.ＦｅｓTaｓ等人[30]接纳电子束熔化手艺制造出Ti6Al4VＥＬＩ钛合金髋枢纽假体模浚？？？？？榛榧的功效性锥体（见图9），，，，，，，，评价EBM电镀组件以及铸造钛的可加工性。。。。。。。。EBM样品具有较高的粗糙度（R_a），，，，，，，，且EBM样品壳体几何形状对效果影响不显著。。。。。。。。这意味着运用EBM手艺团结电镀等手段制造骨科植入物在质料设计方面保存较大的生长潜力，，，，，，，，与古板加工手艺相比，，，，，，，，具有经济本钱低廉的优势。。。。。。。。使用电子束熔化（EBM）手艺制造多孔结构的植入物具有奇异的手艺优势。。。。。。。。但怎样调解和连通微孔的孔径比和弹性模量等参数，，，，，，，，使性能与人体骨相近，，，，，，，，是临床应用亟待解决的要害问题。。。。。。。。就疲劳问题而言，，，，，，，，外貌粗糙度控制在一定水平上能够决议其开裂易感性。。。。。。。。尤其是外貌粗糙度过高导致的早期断裂问题将会限制其疲劳强度。。。。。。。。具有最小晶胞尺寸和最低孔隙率的陀螺结构比其他结构具有更好的疲劳性能，，，，，，，，但尺寸单位晶胞过小时，，，，，，，，保存粉末去除难题等问题。。。。。。。。在EBM制造历程中受到工艺参数以及外貌处置惩罚手段的影响而泛起的夹杂物、缺口等缺陷问题也会影响其机械强度。。。。。。。。

2.4　激光定向能量沉积

激光定向能量沉积法（简称LDED）是使用高能量激光将氩气流松散的粉体在加工区熔化，，，，，，，，形成熔池并与基板举行冶金团结。。。。。。。。重复循环执行打印操作，，，，，，，，逐层群集，，，，，，，，最终形成三维结构的产品。。。。。。。。该手艺能够实现种种难熔、难加工金属质料（如Ｗ、Mo、Ｎｂ、Ta、Ti、Ｚｒ等）的激光快速制造。。。。。。。。LDED的看法是在1988年由美国科学家ＭＥＴＨＡ率先提出，，，，，，，，并叙述其手艺要领[31]。。。。。。。。LDED手艺较为快捷的构建速率使其在缩短生产周期方面优势显著[32]。。。。。。。。张安峰等人[33]团结添加变质剂（硅／硼）与感应加热／热处置惩罚的手段，，，，，，，，使用激光增材制造手艺加工了钛基复合质料。。。。。。。。Ｗ.Ｐ.Ｌｉｕ课题组[34]通过LMD手艺制造出无裂纹的功效梯度TiC／Ti复合质料。。。。。。。。在功效梯度TiC／Ti复合质料中，，，，，，，，由于失配热应力减。。。。。。。。，，，，，，获得优良的界面，，，，，，，，这有利于提高激光修复件的疲劳寿命，，，，，，，，有用抑制裂纹扩展。。。。。。。。随着科研水平的深入探索，，，，，，，，基于LMD手艺的增减材复合、多能场复合等智能制造手艺逐渐成为研究焦点，，，，，，，，这无疑会对LMD手艺的工艺与装备提出更为苛刻的要求。。。。。。。。

3、增材制造钛合金生物工程应用

3.1　植入物耐磨部件

钛合金在生物医学耐磨部件中具有普遍的应用远景，，，，，，，，其典范临床应用包括人工枢纽、骨折内牢靠装置等方面。。。。。。。。钛合金与人体组织的生物相容性好，，，，，，，，不会引起显着排异反应，，，，，，，，能恒久稳固保存于人体内。。。。。。。。ＮｉＪｕｎＪｉｅ等人[35]通过SLM手艺打印出Ti6Al4V合金的膝枢纽股骨部件，，，，，，，，并团结电弧离子镀（ＡＩＰ）手艺在其外貌沉积TiＮ（约1.33μｍ）和TiCｒＮ（约1.42μｍ）涂层。。。。。。。。含TiＮ和TiCｒＮ涂层的SLMTi6Al4V膝枢纽假体耐磨性显著提升（见图10）。。。。。。。。含TiＮ和TiCｒＮ涂层的SLMTi6Al4V有望作为股骨部件的轻量化质料，，，，，，，，但降低本钱和简化工艺等问题亟待解决。。。。。。。。

思量到骨科植入物的清静性和长期性的因素，，，，，，，，替换产品Ti6Al4V的植入物摩擦副逐渐被认可，，，，，，，，但保存耐磨性偏低的问题需要刷新。。。。。。。。Ｖ.Ｋａｓｈｙａｐ等[36]使用激光外貌织构（LST）手艺在Ti6Al4V外貌加工出定向交织划痕纹理（ＯCＨＴ），，，，，，，，团结类金刚石膜（ＤＬC）沉积和热处置惩罚（ＨＴ）手艺获得了高抗摩擦复合涂层（见图11）。。。。。。。。热处置惩罚能形成含Cｒ2Ｏ3和TiＯ2相的中心层，，，，，，，，增添ＤＬC涂层的Ｒａ，，，，，，，，提高ＤＬC涂层粘附强度。。。。。。。。通过LST、热处置惩罚和ＤＬC涂层相团结的协同作用制造的Ti6Al4V植入体摩擦学性能显着改善，，，，，，，，可恒久应用于髋枢纽植入物。。。。。。。。制造的ＯCＨＴ＋ＨＴ＋ＤＬCTi6Al4V复合质料在后期临床应用中还需深入研究其稳固性，，，，，，，，确保在临床历程中服役清静性。。。。。。。。

颗粒增强钛基复合质料能够提高耐磨性，，，，，，，，运用古板烧结要领制造相对容易，，，，，，，，但需后继处置惩罚，，，，，，，，无法实现净尺寸成型。。。。。。。。增材制造的泛起为颗；；；；；；煸宇鸦春现柿系母咝е票柑峁┬滤夹。。。。。。。。ＡｌｉＡｆｒｏｕｚｉａｎ课题组[37]使用定向能量沉积（DED）手艺高效制备ＨＡ、Al₂O₃和Si₃N₄颗；；；；；；煸釉銮縏i6Al4V复合质料。。。。。。。。陶瓷颗粒和Ti6Al4V基体间的界面团结较好，，，，，，，，避免开裂，，，，，，，，脱粘或孔隙。。。。。。。。强化机制包括细晶强化、晶界钉扎、位错运动和群集（见图12）。。。。。。。。

3.2　非承力植入部件

增材制造钛合金在生物医学中可用于制造多种非承力部件，，，，，，，，如脊柱融合器、颌面修复体等。。。。。。。。凭证人体部位形状和受力情形定制化设计，，，，，，，，加工重大几何形状和特定孔隙结构的部件，，，，，，，，知足个性化需求，，，，，，，，提高治疗效果。。。。。。。。

全椎体椎管切除术（TES）已被证实是治疗原发性恶性和伶仃性转移性脊柱肿瘤的有用手段。。。。。。。。为了评价3D打印模浚？？？？？榛偬逵糜谛匮等堤迩谐═ES）后脊柱重修的起源效果，，，，，，，，TaｎｇＸｉａｏｄｏｎｇ课题组[38]开展了3D打印Ti6Al4V钛合金模浚？？？？？榛堤寮偬逶诙嘟诙涡匮等棺嫡榍谐鹾蠹怪匦薹矫娴难芯浚13）。。。。。。。。该团队使用Ti6Al4V质料设计了一套3D打印的模浚？？？？？榛堤寮傧狄磺校，，，，，，被用于多节段患者TES后的置换。。。。。。。。该假体由Ti6Al4V制成。。。。。。。。3D打印模浚？？？？？榛堤寮偬迨屎喜畋鸪ざ鹊那爸匦蓿，，，，，，力学并发症较少，，，，，，，，在短期随访中能为维持患者神经功效提供稳固情形，，，，，，，，但仍需更多恒久随访的患者来证实其有用性。。。。。。。。

现在，，，，，，，，因创伤、熏染和肿瘤切除引起的骨缺损的处置惩罚仍然是骨科手术中相当大的临床挑战，，，，，，，，尤其是严重的骨缺损问题是现在临床中亟待解决的问题。。。。。。。。ＨｕｎｇＤｏＰｈｕｏC等[39]通过电子束熔化手艺（EBM）制造的Ti6Al4V多孔植入物（见图14），，，，，，，，研究多孔钛植入物在兔模子胫主干骨缺损中的骨整合能力。。。。。。。。多孔钛孔隙率约为50%，，，，，，，，孔径为600μｍ，，，，，，，，其等效杨氏模量为31.31GPa，，，，，，，，压缩屈服强度为108.8MPa，，，，，，，，与人类和兔的皮质骨杨氏模量（18～29GPa）相比具有相对可比性。。。。。。。。皮质骨可长入多孔植入物，，，，，，，，13周后非骨接触孔中的骨生长到杀青熟。。。。。。。。该多孔Ti6Al4V植入物具有优异的骨整合能力，，，，，，，，有望用于重修主干骨缺损。。。。。。。。

3.3　齿科替换部件

在齿科应用中，，，，，，，，钛合金主要应用在莳植牙、牙冠和牙桥、正畸部件、义齿支架等方面。。。。。。。。而钛合金植入体密度较高，，，，，，，，且弹性模量（55～112GPa）与自然骨弹性模量（＜28.8GPa）差别较大，，，，，，，，造成严重的应力屏障，，，，，，，，导致生物力学失配，，，，，，，，导致骨吸收和莳植体松动。。。。。。。。从生物相容性、生物功效和力学行为的角度来看，，，，，，，，多孔结构质料是生物医学器件的最有前途的候选者。。。。。。。。选择性激光烧结（SLS）也是增材制造多孔体的主要要领之一。。。。。。。。引入多孔结构是降低模量的有用要领之一，，，，，，，，3D打印能够提供可设计的高效的梯度多孔结构，，，，，，，，能够镌汰对莳植体质料周围骨组织的应力屏障，，，，，，，，延伸服役寿命。。。。。。。。ＦａｎｇｘｉａＸｉｅ课题组[40]接纳SLS法制备出多孔Ti-7.5Mo合金。。。。。。。。在1000～1200℃烧结历程中，，，，，，，，孔隙形态由开孔变为闭孔，，，，，，，，孔隙度和孔径尺寸在60%～26%和135～54μｍ规模内逐渐减。。。。。。。；；；；；；多孔合金由α相和β相组成的层状组织，，，，，，，，伴有少量α析出。。。。。。。。压应力-应变曲线体现为弹性区、屈服区和断裂区的三阶段变形行为。。。。。。。。弹性模量和屈服强度划分在3.26～12.7GPa和58.6～182.5MPa规模内随着孔隙度减小而增大。。。。。。。。通过孔隙度调理骨力学性能，，，，，，，，抵达自然骨基本要求。。。。。。。。尤其是获得的多孔性和粗糙的外貌结构能够增进骨整合性能和莳植体的使役稳固性，，，，，，，，在开发替换骨移植物方面，，，，，，，，增材制造已被证实是一个有吸引力的替换新手艺，，，，，，，，可凭证患者要求定制支架，，，，，，，，调控机械性能、孔隙度和尺寸。。。。。。。。CｈｅCｈａｎｇＴｕ等[41]接纳3D打印手艺制造钛合金（Ti6Al4V）新型生物活性牙科植入物（见图15），，，，，，，，多孔牙科植入物（ＩＴＲＩ组）在骨缺损周围展现出活跃的新骨形成和优异的骨整合，，，，，，，，其组织体积、骨体积和骨体积百分比在划准时间点显著高于比照组，，，，，，，，骨小梁厚度和骨矿物质密度较高，，，，，，，，骨小梁疏散和总孔隙率较低，，，，，，，，且从1-3个月，，，，，，，，骨小梁厚度减。。。。。。。。，，，，，，骨小梁疏散和总孔隙率增添。。。。。。。。该种新型牙科莳植体（Ｂｉｏ-ＡCTiｖｅＩＴＲＩ）在骨再生和骨缺损较大的失败莳植体重修方面应用远景普遍。。。。。。。。

Ｊａｅ-ＨｅｏｎＫｉｍ等[42]使用Ti6Al4V粉末通过3D打印手艺制备试样。。。。。。。。当激光间距为30～40μｍ时，，，，，，，，支架内部缺陷较少，，，，，，，，三点弯曲强度和弹性模量较高，，，，，，，，可通过0.3～1ｍｍ晶格支架宽度进一步控制弹性模量；；；；；；3D打印后外貌喷砂处置惩罚降低粗糙度和提高亲水性，，，，，，，，喷砂处置惩罚3D打印试样与机械切割试样在初始细胞粘赞许人世充质干细胞分解方面体现相当，，，，，，，，这说明3D打印Ti6Al4V支架可用于定制牙科植入物等。。。。。。。。

4、结论

随着增材制造手艺的一直前进，，，，，，，，钛基复合质料的制造工艺一直刷新，，，，，，，，在成型工艺和性能调控等方面研究效果一直涌现。。。。。。。。就生物医用钛合金而言，，，，，，，，仍有许多事情需要刷新，，，，，，，，例如，，，，，，，，深入研究便捷、高效的外貌改性手艺，，，，，，，，提高其生物相容性，，，，，，，，镌汰植入后的并发症；；；；；；进一步优化钛合金的质料组分设计和制备工艺流程，，，，，，，，以实现更准确的微结构制造和综合性能调控，，，，，，，，知足差别场景下的生物应用需求；；；；；；需增强对钛合金在重大人体心理情形中的综合性能研究，，，，，，，，包括恒久体内稳固性、与周围骨组织的相互作用等，，，，，，，，提高在临床应用中的使役清静性。。。。。。。。现在科研职员正致力于调解质料结构设计和性能优化，，，，，，，，以知足患者差别部位和病症的需求。。。。。。。。团结先进的模拟要领和检测手艺，，，，，，，，若有限元剖析、高通量盘算、高区分率成像等，，，，，，，，寻找钛合金与生物体间的相互作用机制，，，，，，，，为生物质料的立异优化提供科学依据。。。。。。。。

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[31]ＢＡＪＡＪＰ，，，，，，，，ＨＡＲＩＨＡＲＡＮＡ，，，，，，，，ＫＩＮＩＡ，，，，，，，，ｅTaｌ.ＳｔｅｅｌｓｉｎａｄｄｉTiｖｅｍａｎｕｆａCｔｕｒｉｎｇ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｉｒｍｉCｒｏｓｔｒｕCｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒTiｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＳCｉｅｎCｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ａ，，，，，，，，2020，，，，，，，，772：633-641.

[32]ＬＩＵＴＳ，，，，，，，，CＨＥＮＰ，，，，，，，，ＱＩＵＦ，，，，，，，，ｅTaｌ.ＲｅｖｉｅｗｏｎｌａｓｅｒｄｉｒｅCｔｅｄｅｎｅｒｇｙｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａTiｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｔｒｅｍｅＭａｎｕｆａCｔｕｒｉｎｇ，，，，，，，，2024，，，，，，，，6（2）：2004-2011.

[33]张安峰，，，，，，，，张金智，，，，，，，，张晓星，，，，，，，，等.激光增材制造高性能钛合金的组织调控与各向异性研究希望[Ｊ].细密成形工程，，，，，，，，2019，，，，，，，，11（4）：1-8.

[34]Ｗ.Ｐ.ＬＩＵ，，，，，，，，Ｊ.Ｎ.ＤＵＰＯＮＴ.ＦａｂｒｉCａTiｏｎｏｆｆｕｎCTiｏｎａｌｌｙｇｒａｄｅｄTiC／TiCｏｍｐｏｓｉｔｅｂｙｌａｓｅｒｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｎｅｔｓｈａｐｉｎｇ[Ｊ].ＳCｒ.Ｍａｔｅｒ，，，，，，，，2003，，，，，，，，48（9）：1337-1342.

[35]ＮＩＪＵＮＪＩＥ，，，，，，，，ＬＩＵＦＡＮ，，，，，，，，ＹＡＮＧＧＡＯＬＩＮ，，，，，，，，ｅTaｌ.3D-ｐｒｉｎｔｅｄTi-6Ａｌ-4ＶｆｅMoｒａｌCｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｋｎｅｅ：ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｉｎｗｅａｒａｎｄｂｉｏｌｏｇｉCａｌｐｒｏｐｅｒTiｅｓｂｙＡＩＰTiＮａｎｄTiCｒＮCｏａTiｎｇ.ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒCｈａｎｄＴｅCｈｎｏｌｏｇｙ，，，，，，，，2021，，，，，，，，14：2322-2332.

[36]Ｖ.ＫＡＳＨＹＡＰ，，，，，，，，Ｐ.ＲＡＭＫＵＭＡＲ.ＤＬCCｏａTiｎGOｖｅｒｐｒｅ-ｏｘｉｄｉｚｅｄａｎｄｔｅｘｔｕｒｅｄTi-6Ａｌ-4ＶｆｏRSｕｐｅｒｉｏｒａｄｈｅｓｉｏｎａｎｄｔｒｉｂｏ-ｐｅｒｆｏｒｍａｎCｅｏｆｈｉｐｉｍｐｌａｎｔ[Ｊ].ＳｕｒｆａCｅａｎｄCｏａTiｎｇｓＴｅCｈｎｏｌｏｇｙ，，，，，，，，2022，，，，，，，，440：128492.

[37]ＡＬＩＡＦＲＯＵＺＩＡＮ，，，，，，，，ＡＭＩＴＢＡＮＤＹＯＰＡＤＨＹＡＹ.3DｐｒｉｎｔｅｄｓｉｌｉCｏｎｎｉｔｒｉｄｅ，，，，，，，，ａｌｕｍｉｎａ，，，，，，，，ａｎｄｈｙｄｒｏｘｙａｐａTiｔｅCｅｒａｍｉCｒｅｉｎｆｏｒCｅｄTi6Al4VCｏｍｐｏｓｉTES-TaｉｌｏｒｅｄｍｉCｒｏｓｔｒｕCｔｕｒｅｓｔｏｅｎｈａｎCｅｂｉｏ-ｔｒｉｂｏ-CｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄａｎTiｂａCｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒTiｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅｍｅCｈａｎｉCａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｂｉｏｍｅｄｉCａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，，，，，，，，2023，，，，，，，，144：105973.

[38]TaＮＧＸＩＡＯＤＯＮＧ，，，，，，，，ＹＡＮＧＹＩ，，，，，，，，ＺＡＮＧＪＩＥ，，，，，，，，ｅTaｌ.Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｕｌｔｓｏｆａ3D-ｐｒｉｎｔｅｄMoｄｕｌａｒｖｅｒｔｅｂｒａｌｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓｆｏｒａｎｔｅｒｉｏｒCｏｌｕｍｎｒｅCｏｎｓｔｒｕCTiｏｎａｆｔｅｒｍｕｌTiｌｅｖｅｌｔｈｏｒａCｏｌｕｍｂａｒｔｏTaｌｅｎｂｌｏCｓｐｏｎｄｙｌｅCｔｏｍｙ[Ｊ].ＯｒｔｈｏｐａｅｄｉCＳｕｒｇｅｒｙ.2021，，，，，，，，133：949-957.

[39]ＨＵＮＧＤＯＰＨＵＯC，，，，，，，，ＰＨＵＮＧＵＹＥＮＨＯＡＮＧ，，，，，，，，ＳＡＭＹＡＮＧ，，，，，，，，ｅTaｌ.

Ｏｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｂｉｌｉｔｙｏｆ3D-ｐｒｉｎｔｅｄｐｏｒｏｕｓTiTaｎｉｕｍａｌｌｏｙｉｍｐｌａｎｔｏｎTiｂｉａｌｓｈａｆｔｂｏｎｅｄｅｆｅCTiｎｒａｂｂｉｔMoｄｅｌ[Ｊ].Ｐｌｏｓｏｎｅ，，，，，，，，2023，，，，，，，，18（9）：ｅ0282457.

[40]ＦＡＮＧＸＩＡＸＩＥ，，，，，，，，ＸＵＥＭＩＮＧＨＥ，，，，，，，，ＸＩＡＯＧＡＮＧＪＩ，，，，，，，，ｅTaｌ.ＳｔｒｕCｔｕｒａｌCｈａｒａCｔｅｒｉｓａTiｏｎａｎｄｍｅCｈａｎｉCａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｐｏｒｏｕｓTi-7.5MoａｌｌｏｙｆａｂｒｉCａｔｅｄｂｙｓｅｌｅCTiｖｅｌａｓｅRSｉｎｔｅｒｉｎｇｆｏｒｂｉｏｍｅｄｉCａｌａｐｐｌｉCａTiｏｎｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａLSTｅCｈｎｏｌｏｇｙ：ＡｄｖａｎCｅｄＰｅｒｆｏｒｍａｎCｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，，，，，，，，ＭａｔｅｒｉａLSTｅCｈｎｏｌｏｇｙ，，，，，，，，2016，，，，，，，，32（4）：219-224.

[41]CＨＥCＨＡＮＧＴＵ，，，，，，，，ＰＥＩ-ITSＡＩ，，，，，，，，ＳＡＮ-ＹＵＡＮCＨＥＮ，，，，，，，，ｅTaｌ.3D

ｌａｓｅｒ-ｐｒｉｎｔｅｄｐｏｒｏｕｓTi-6Ａｌ-4ＶｄｅｎTaｌｉｍｐｌａｎｔｓｆｏｒCｏｍｐｒｏｍｉｓｅｄｂｏｎｅｓｕｐｐｏｒｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＦｏｒMoｓａｎＭｅｄｉCａｌＡｓｓｏCｉａTiｏｎ，，，，，，，，2020，，，，，，，，119（1）：420-429.

[42]ＪＡＥ-ＨＥＯＮＫＩＭ，，，，，，，，MoＯＮ-ＹＯＵＮＧＫＩＭ，，，，，，，，ＪＯＮＡＴＨＡＮC.ＫＮＯＷＬＥＳ，，，，，，，，ｅTaｌ.ＭｅCｈａｎｏｐｈｙｓｉCａｌａｎｄｂｉｏｌｏｇｉCａｌｐｒｏｐｅｒTiｅｓｏｆａ3D-ｐｒｉｎｔｅｄTiTaｎｉｕｍａｌｌｏｙｆｏｒｄｅｎTaｌａｐｐｌｉCａTiｏｎｓ[Ｊ].ＤｅｎTaｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，，，，，，，，2020，，，，，，，，36（7）：945-958.

（注，，，，，，，，原文问题：增材制造钛合金在生物医用质料中的研究希望）