三维(3D)打印技术因其增材制造特性被认为是一种先进的制造技术,其中电子束烧结技术(EBM)是一种广泛应用的金属3D打印工艺.该工艺打印的金属构件因常含有微观孔洞缺陷而降低了力学性能,特别是疲劳性能.本文针对电子束烧结工艺打印的两种不同形状的植入体Ti-6Al-4V合金试样,利用计算机断层扫描技术(CT)对试样内的孔洞进行了测量,统计并分析了孔洞的数量、体积、形状以及空间分布情况.结果表明形状差异在一定程度上影响了电子束烧结Ti-6Al-4V合金的微观孔洞缺陷数量,但不同试样的孔洞均以小于0.000 2 mm3的小体积孔洞为主,占孔洞总数的80％.反映试样孔洞奇异性的球度值较小,孔洞体积与球度值呈反比.对自由面的强化烧结有效降低了试样近表面的孔洞密度.本文结论对利用该工艺制备具有较好抗疲劳性能的医用植入体有一定参考价值.

背景:钛及钛合金广泛用于个性化医疗领域,传统铸造工艺无法满足现代医学的发展,3D打印技术可以很好的满足当前医疗领域对产品越来越高的要求.目的:分析3D打印钛及钛合金的生物安全性,为其在下一步的临床应用提供参考.方法:研究分析3D打印技术生产的钛及钛合金在耐腐蚀性、生物相容性方面的性能,明确其是否满足临床应用的生物安全性要求.结果与结论:3D打印钛及钛合金具有良好的生物安全性,可以用于个性化医疗领域,且可以设计、调控材料自身结构和优化性能,相比传统的铸造工艺,3D打印具有明显优势.随着原材料、制造设备、关键工艺技术等方面的不断突破,3D打印技术在医疗器械领域的应用将越来越广泛.

1 3D技术及应用1.1 3D打印技术3D打印技术又称快速成型技术(rapid prototyping,RP),是一种通过逐层堆叠打印的方式来制造实物模型的技术.它在计算机的控制下,通过逆向工程技术(reverse engineering,RE),即利用各种数字化设备对现有实物进行扫描和测量,利用计算机数据处理,运用各类可黏合材料进行精准3D打印.其中,主要的逆向工程技术有Mimics软件、E3D软件等,它们能显示和修改医学图像,并高效重建医学CT数据.精准3D打印的主要技术包括:光固化立体印刷技术(stereo lithography appearance,SLA)、熔融沉积成型技术(fused deposition modeling,FDM)、选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)、叠层实体制造(lanubated object manufacturing,LOM)、选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)、选择性电子束熔化(electron beam selective melting,EBSM)等.

3D打印技术的基础为增材制造技术,1984年Hull第一次利用计算机建模结合增材制造技术成功制造出实体,标志着3D打印技术的诞生[1].目前关节外科中主要应用的3D打印技术有以下几种:①立体光刻成型技术,光固化材料在激光的聚焦下,完成一个平面单位的凝固成型,然后垂直移动一个水平单位继续固定建模设定的相应层面,在骨科临床应用较为常见,多用于骨科手术模型的打印[2],同时也能应用在陶瓷类实体的制作[3],使用明胶类材料打印可应用于角膜基质组织修复[4];②电子束熔融技术,通过高能量电子束聚焦将金属粉末熔融成型,计算机辅助设计模型为根,经过点线面逐层熔融,最终获得成品,研究表明电子束熔融技术打印Ti6A14V膝关节置换置入物具有良好生物相容性与骨结合能力[5];③选择性激光烧结技术,使用激光烧结已预热的材料,点线面逐次成型,最后根据建模通过烧结去除多余材料[6];通过选择性激光烧结技术打印多孔钛置入物具有良好的机械性能和生物相容性,结合CS/HA涂层,置入物表现出良好的骨诱导性,从而具有稳定的成骨作用[7].笔者主要就3D打印技术在关节外科的应用进展作一综述,报道如下.