Himed评估不同喷砂磨料在3D打印钛合金植入物后处理中的应用

南极熊导读：随着基于晶格设计的3D打印植入物应用的日益广泛，去除构建残留物而不影响生物相容性或表面纯度的能力，已成为医疗器械制造商的关键需求。

△3D打印Ti64脊柱间隔器经氧化铝砂粒喷砂后的SEM图像

2025年5月13日，南极熊获悉，专注于钛表面处理的生物材料公司Himed日发布了一项新的研究成果，评估了不同喷砂方法在3D打印钛合金植入物后处理中的应用。该研究集中于使用氧化铝、玻璃微珠和磷灰石磨料对Ti64脊柱间隔器的后处理效果，评估了每种方法在去除残留构建材料的同时，保持生物相容性表面的能力。

相关研究背景

随着增材制造技术在医疗领域的广泛应用，钛合金植入物在骨科手术中的使用日益增多。然而，3D打印过程中常会在钛植入物的表面残留松散结合的球形颗粒，这些颗粒通常会影响植入物的长期生物相容性和骨整合效果。为了消除这些残留的构建材料并优化表面性能，表面处理技术显得尤为关键。

Himed公司的研究团队通过扫描电镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析，比较了三种常见喷砂介质的效果——氧化铝、玻璃微珠和磷灰石。在使用这些喷砂介质对3D打印Ti64脊柱间隔器进行处理后，结果表明只有磷灰石磨料能够在经过标准的ASTM F86钝化处理后，留下干净的钛表面。

尽管氧化铝和玻璃微珠喷砂能够去除残留的钛珠，但这两种方法都可能在钛表面引入新的污染物。氧化铝的高硬度（9级莫氏硬度）会在表面留下难以去除的磨料残留物，而玻璃微珠则会引入硅基颗粒，这些颗粒在植入物表面难以清除，且会改变钛表面的化学成分，可能对长期生物相容性产生负面影响。

△喷砂后的SEM图像

磷灰石磨料的优势与骨整合

与氧化铝和玻璃珠相比，磷灰石磨料是一种基于磷酸钙的生物相容性材料。研究表明，磷灰石磨料不仅有效去除了残留的3D打印钛珠，而且能在后处理过程中保持植入物表面结构的完整性，不会引入有害污染物。这一特点使得磷灰石磨料成为3D打印医疗植入物后处理的优选材料之一。

根据2019年发表在《JMIR Biomedical Engineering》期刊上的文献综述，种植体表面的粗糙度对骨-种植体接触（BIC）和机械固定至关重要。喷砂和酸蚀技术能够通过创建微米和纳米级纹理促进成骨细胞的活动，从而提高骨整合效果。然而，表面化学性质的不一致性（例如嵌入的喷砂介质）可能会影响植入物的治疗效果。因此，选择合适的喷砂介质，对确保植入物的生物相容性和长期效果具有重要意义。

△这些图像显示了使用MATRIX MCD作为磨料处理后样品的表面状态

3D打印植入物的磨料MATRIX MCD

相关测试采用了Himed开发的磷灰石磨料MATRIX MCD，该磨料由羟基磷灰石和磷酸三钙组成，具有完全可溶性且钝化后不留残留物。最初开发用于牙种植体的羟基磷灰石涂层前处理，目前已广泛应用于3D打印骨科组件。MATRIX MCD的粒径小于53微米，能够深入多孔种植体的内部腔体，赋予内外表面均匀的粗糙度。SEM成像和ASTM F86标准处理结果显示，表面未见嵌入污染物。

Himed表示，通过调整颗粒大小、喷砂压力和喷砂时间，可以精确控制表面粗糙度，研究中的粗糙度范围为1.0至3.2微米Ra，符合促进细胞粘附和组织整合的目标值。与较硬磨料不同，磷酸钙配方能够在不影响植入物几何形状和公差的前提下优化表面。EDX扫描显示，MATRIX MCD处理后无珠子残留，亦无二次污染，原始设计特征得以保留。