Skolovo科學(xué)技術(shù)學(xué)院（Skoltech）的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種3D打印個(gè)性化陶瓷骨植入物的新穎方法。在他們的研究中，該團(tuán)隊(duì)采用了基于仿真的方法來(lái)創(chuàng)建靈活，無(wú)缺陷的3D模型，這將為其添加植入物提供基礎(chǔ)。研究人員對(duì)這些設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，可以根據(jù)特定患者的需要對(duì)其進(jìn)行定制，并使它們更容易與有機(jī)組織融合。

該論文的合著者之一埃夫根尼·馬爾察夫（Evgenii Maltsev）表示：“微觀結(jié)構(gòu)的功能表示（FRep）建模具有很多優(yōu)勢(shì)。FRep始終保證所生成的模型是正確的，這與CAD系統(tǒng)中傳統(tǒng)的多邊形表示相反，在傳統(tǒng)的多邊形表示中，模型可能會(huì)出現(xiàn)裂紋或面不相交?！?/span>

這些團(tuán)隊(duì)的植入物具有多孔結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)個(gè)人患者的需要進(jìn)行調(diào)整。圖片來(lái)自Skoltech，Pavel Odinev。

利用陶瓷的潛力

目前，使用發(fā)泡和燒盡添加劑來(lái)克服這些限制，但該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為3D打印將提供一個(gè)更好的平臺(tái)來(lái)創(chuàng)建大孔結(jié)構(gòu)?？紤]到增材制造可以生產(chǎn)出具有可控孔隙率的零件，該技術(shù)具有打印具有定制結(jié)構(gòu)的可定制植入物的潛力。

研究團(tuán)隊(duì)使用SLA機(jī)器對(duì)陶瓷植入物進(jìn)行3D打?。ㄈ鐖D所示），然后進(jìn)行脫脂和燒結(jié)步驟。

圖片來(lái)自《應(yīng)用科學(xué)》雜志。

團(tuán)隊(duì)的FRep優(yōu)化3D打印方法

印刷后，將“綠色”零件在熔爐中加熱以去除塑料粘合劑，并使用SLS系統(tǒng)將其燒結(jié)成具有預(yù)定特性的最終形狀。然后，團(tuán)隊(duì)使用SEM顯微鏡和各種機(jī)械應(yīng)力測(cè)試對(duì)所得的圓柱形試樣進(jìn)行評(píng)估。在軸向壓縮下，3D打印的植入物顯示出400 MPa的強(qiáng)度，而SEM圖像顯示的孔徑范圍為440至700 μm（在團(tuán)隊(duì)的公差范圍內(nèi)）。盡管尺寸為4（D）x 9.5mm（W）的樣品證明是自支撐的，但在早期設(shè)計(jì)過(guò)程中確實(shí)需要少量的材料增強(qiáng)。

考慮到他們的植入物顯示出與小梁骨相同水平的抗壓強(qiáng)度，科學(xué)家認(rèn)為他們的方法是成功的。該小組打算在將來(lái)優(yōu)化他們的打印方法，并且出于這個(gè)目的，已經(jīng)將其中的十個(gè)原型發(fā)送到了動(dòng)物測(cè)試機(jī)構(gòu)。

陶瓷添加劑應(yīng)用的增長(zhǎng)