3D打印个性化陶瓷骨植入物的新颖方法

Skolovo科学技术学院（Skoltech）的科学家们开发了一种3D打印个性化陶瓷骨植入物的新颖方法。在他们的研究中，该团队采用了基于仿真的方法来创建灵活，无缺陷的3D模型，这将为其添加植入物提供基础。研究人员对这些设计进行了优化，可以根据特定患者的需要对其进行定制，并使它们更容易与有机组织融合。

该论文的合著者之一埃夫根尼·马尔察夫（Evgenii Maltsev）表示：“微观结构的功能表示（FRep）建模具有很多优势。FRep始终保证所生成的模型是正确的，这与CAD系统中传统的多边形表示相反，在传统的多边形表示中，模型可能会出现裂纹或面不相交。”

这些团队的植入物具有多孔结构，可以根据个人患者的需要进行调整。图片来自Skoltech，Pavel Odinev。

利用陶瓷的潜力

目前，使用发泡和烧尽添加剂来克服这些限制，但该团队认为3D打印将提供一个更好的平台来创建大孔结构。考虑到增材制造可以生产出具有可控孔隙率的零件，该技术具有打印具有定制结构的可定制植入物的潜力。

研究团队使用SLA机器对陶瓷植入物进行3D打印（如图所示），然后进行脱脂和烧结步骤。

图片来自《应用科学》杂志。

团队的FRep优化3D打印方法

印刷后，将“绿色”零件在熔炉中加热以去除塑料粘合剂，并使用SLS系统将其烧结成具有预定特性的最终形状。然后，团队使用SEM显微镜和各种机械应力测试对所得的圆柱形试样进行评估。在轴向压缩下，3D打印的植入物显示出400 MPa的强度，而SEM图像显示的孔径范围为440至700 µm（在团队的公差范围内）。尽管尺寸为4（D）x 9.5mm（W）的样品证明是自支撑的，但在早期设计过程中确实需要少量的材料增强。

考虑到他们的植入物显示出与小梁骨相同水平的抗压强度，科学家认为他们的方法是成功的。该小组打算在将来优化他们的打印方法，并且出于这个目的，已经将其中的十个原型发送到了动物测试机构。

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