加拿大研究人员评估钛合金TI-5553能否用于3D打印植入体

2020年4月29日，南极熊从外媒获悉，安大略省莫霍克学院和麦克马斯特大学的研究人员，首次研究了钛合金Ti-5553是否适合3D打印骨植入体。目前，大多数3D打印的植入物都是使用Ti64粉末制作的，但研究团队想看看这种非常规合金，再加上完全的设计自由度，是否能促进骨结合——骨的生长到植入体中。

提高骨结合度

根据该研究，已知对骨植入物的某些成分、形貌和形态上的改变会增加骨结合的机会。当骨结合发生时，骨植入物在长期内更有可能成功，因为骨的生长会使其固化并改善结构完整性。考虑到这一点，研究人员将Ti-5553与历史悠久的Ti64合金进行了比较。

钛合金骨植入体

研究人员使用一台德国EOS的金属3D打印机，用SLM工艺制造出了几何形状简单的两种钛合金样品。制造完成后，研究人员在酒精中借助超声波对样品进行了清洗，在不改变打印件表面的情况下，将粉末全部去除。

△3D打印的钛合金样品，图片来源：麦克马斯特大学。

Ti-5553样品首先使用通用试验机进行了拉伸强度测试。循环加载直到样品最终断裂，并将结果一式三份记录下来。计算了合金的弹性模量、屈服强度、极限抗拉强度和延展性的平均值。结果显示，拉伸强度与测试前已知的增材制造的Ti64零件的拉伸强度几乎相同。Ti-5553试件也显示出了延展性断裂，这表明研究人员测试的工艺参数成功地在制造方向上形成了均匀的结构。

在确认了他们的3D打印钛合金的方法在机械上适用于医疗植入物后，研究小组对新合金的生物相容性进行了测试。将Saos-2（人骨）细胞在Ti64和Ti-5553试样上进行阳极化处理后，在40V下阳极化30分钟，培养出Saos-2（人骨）细胞。整整一天后，对细胞进行染色、干燥，并准备好SEM观察，以确定合金表面的生物活性水平。细胞在试样的平坦区域和零件内发现的纳米管上都显示出延伸和生长。研究人员得出的结论是，Ti-5553试样的表现与已建立的Ti64试样非常相似，这表明Ti-5553作为3D打印的骨植入材料具有很强的潜力。

3D打印后的钛样品表面的颗粒，图片来源：麦克马斯特大学。

有关这项研究的更多细节，请参见论文： "Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr Bone Implants with Dual-Scale Topography: A Promising Alternative to Ti-6Al-4V"。该论文由Chiara Micheletti、Bryan E. J. Lee、Joseph Deering、Dakota M. Binkley、Simon Coulson、Asad Hussanain、Hatem Zurob和Kathryn Grandfield共同撰写。

编译自：3dprintingindustry