由(you)于(yu)(yu)其出色的(de)(de)物(wu)理性(xing)(xing)能(neng)和抗感(gan)染性(xing)(xing)，鈦合金是制造諸如膝關節/髖關節植入(ru)物(wu)這樣的(de)(de)骨(gu)科裝置的(de)(de)首要選擇。日前，來(lai)自新加(jia)坡科技(ji)研(yan)究(jiu)(jiu)局（A*STAR）的(de)(de)一個研(yan)究(jiu)(jiu)團隊發現(xian)使用(yong)具有(you)有(you)趣屬性(xing)(xing)的(de)(de)鈦、鉭粉(fen)末可(ke)以3D打印出具有(you)更好(hao)的(de)(de)應力吸收(shou)能(neng)力的(de)(de)定(ding)制植入(ru)物(wu)。到(dao)目前為(wei)止，研(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)員們主要使用(yong)選擇性(xing)(xing)激光(guang)熔融（SLM）技(ji)術和鈦鋁基粉(fen)末來(lai)3D打印生物(wu)原型。SLM技(ji)術通常使用(yong)高(gao)功率(lv)激光(guang)器來(lai)根(gen)據(ju)計算機(ji)設計模型逐層(ceng)構(gou)建3D對(dui)象。但是由(you)于(yu)(yu)鋁這種元素對(dui)人(ren)體神經有(you)著(zhu)長期(qi)不良影響，導致(zhi)科學家(jia)們希(xi)望能(neng)夠找到(dao)其它材料來(lai)取(qu)代它。
為(wei)此來自(zi)A*STAR下屬(shu)新(xin)(xin)加(jia)(jia)坡制造技術研究(jiu)所（SIMTech）的(de)FlorenciaEdithWiria和(he)南洋(yang)理工大學(xue)新(xin)(xin)加(jia)(jia)坡3D打(da)印中心的(de)WaiYeeYeong發(fa)起了一個合(he)作研究(jiu)項目，希望通(tong)過開發(fa)一種(zhong)創新(xin)(xin)的(de)金屬(shu)共混物(wu)來使用SLM技術3D打(da)印出更好的(de)鈦合(he)金生物(wu)醫療(liao)產品(pin)。
理論(lun)上說，鈦(tai)(tai)(tai)、鉭(tan)元素組成的合金(jin)(jin)(jin)是(shi)絕對沒(mei)有(you)問題的，因為這兩種金(jin)(jin)(jin)屬(shu)都擁有(you)生物相容性，而且其機械屬(shu)性要(yao)由于(yu)純鈦(tai)(tai)(tai)。但(dan)是(shi)鉭(tan)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的熔點非常高（超過3000攝氏度(du)），這就意味著將鈦(tai)(tai)(tai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)變成可用于(yu)SLM技術的球形(xing)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)粉(fen)末在(zai)經濟(ji)上基本(ben)不可行(xing)。而市(shi)場(chang)上常見的鉭(tan)粉(fen)通常是(shi)通過氣體(ti)霧化(hua)形(xing)成的長條形(xing)粗糙(cao)微粒。
為了克服這一問題，研究團(tuan)隊將(jiang)這種(zhong)粗糙(cao)的鉭金(jin)屬粉與(yu)另外一種(zhong)市(shi)場上(shang)現成的微(wei)球形(xing)(xing)鈦金(jin)屬粉末混(hun)合(he)在一起。在將(jiang)這兩種(zhong)材(cai)料(liao)混(hun)合(he)半(ban)天之后，他們觀察到這種(zhong)混(hun)合(he)物可以鋪設得(de)更加均勻，更便(bian)于SLM技術使(shi)用。顯微(wei)鏡實驗(yan)揭示在混(hun)合(he)之后鈦金(jin)屬的球形(xing)(xing)形(xing)(xing)狀仍然保留，這是該混(hun)合(he)物可成功(gong)用于3D打印的關鍵(jian)。
“鈦(tai)粉在這里充(chong)當(dang)了一個滾動媒介的(de)(de)角色。”Wiria解(jie)釋說：“它推動了鉭(tan)粉，使SLM的(de)(de)處理成為可能。”通過將一種棋盤式的(de)(de)激光(guang)掃描模式上下交替熔(rong)融金屬或(huo)者從(cong)一邊(bian)到另一邊(bian)的(de)(de)移(yi)動來減少(shao)熱應力，研(yan)究人員成功地使用SLM技(ji)術制造出了鈦(tai)鉭(tan)合金的(de)(de)3D形(xing)狀。出人意料的(de)(de)是，通過X射線和其它成像技(ji)術探測表明，鉭(tan)金屬的(de)(de)加(jia)入，再加(jia)上快速凝固(gu)，促進和穩定(ding)了高(gao)強度的(de)(de)層狀鈦(tai)晶粒的(de)(de)形(xing)成。
研究人員預計，這(zhe)(zhe)種鈦鉭合(he)金(jin)將能(neng)夠(gou)減輕“應(ying)力(li)遮擋”效應(ying)，所謂(wei)的(de)(de)(de)“應(ying)力(li)遮擋”效應(ying)是指植(zhi)入物的(de)(de)(de)硬度(du)過高導致其鄰近的(de)(de)(de)骨骼(ge)得不到足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)力(li)學刺激而導致骨質(zhi)疏松(song)的(de)(de)(de)現象。“這(zhe)(zhe)些合(he)金(jin)是專門被設(she)計用于骨骼(ge)科(ke)應(ying)用的(de)(de)(de)，甚至有可能(neng)在變形后，顯示出某種形狀記(ji)憶能(neng)力(li)。”Yeong說。