颅颌面硬组织植入用3D打印钛合金材料的研究进展

仅仅以一种钛合金的某一单项力学指标与人体骨组织是否接近或匹配简单判定其生物力学相容性的优劣是不可取的。若提高钛合金的强度，其金属弹性模量、硬度/耐磨性、疲劳强度都将增加，而塑性将会降低。上述矛盾规律使得在应用中有时必须牺牲材料的部分力学强度来保证其他力学性能的匹配。例如，Al、V元素对钛合金的强化非常有效，但降低了材料的塑韧性，又提高了弹性模量，因此医用钛合金应避免采用或少量加入。但Zr、Nb、Ta、Mo、Hf、Sn等元素能够使钛强化而对塑韧性不利影响较小，同时有利于降低 钛合金的弹性模量，可以优选加入 。 其二可以改变修复体内腔结构设计制备多孔钛可以降 低弹性模量或刚度 。作为颅颌面植入物的Ti－6A1－4V合金多以致密态用来制备医用产品，然而致密Ti6－Al4－V 弹性模量110GPa而天然皮质骨从0.5GPa到20GPa 。

从生物力学相容性的角度来说，大量临床研究表明，传统的金属植入材料的生物力学相容性较差，与骨组织的力学性能不匹配，与所替代的硬组织之间的界面结合力较弱， 最终导致植入体松动或自体骨断裂 。设计及制备一种具有三维孔隙结构的钛合金等新植入物技术的应用及其性能的研究发现，孔隙的存在对植入物的性能有以下几个方面的改善 。
（1）金属植入物的密度、强度和弹性模量可以 通过对孔径、孔隙率的大小来调整来达到力学相容性，避免植入体周围的骨坏死，新骨畸变及其承载能力降低；
（2）三维贯通的网孔状结构及粗糙的内外表面有利于成骨细胞在其表面具有很强的粘附、分化和增殖潜能，能够形成垂直性的骨愈合，实现植入物与骨的生物固定。除上述提到的组成、结构可以影响到材料的性能外，钛合金的制造和加工工艺同样也可以在比较宽的范围内调节材料的力学性能和耐腐蚀性能。

2颅颌面钛合金个性化植入物加工工艺性能 
钛合金具有优异的性能，因此需要各种成型方法来将 其加工成为满足要求的特定形状。颅颌面医用钛合金植入物可采用精密锻造工艺、轧制型材工艺制备、真空熔模精密铸造工艺等减材制造方法制备，热等静压工艺可以消除合金铸件内部疏松组织，使合金性能得到改善。由于颅颌面骨结构的复杂性，对于其缺损畸形的修复体设计制造一直是个研究的难点，采用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助数值模拟技术（CAE），增材制造技术（AM：AdditiveManufacturing）等制备，可以保证最终修复体与颅颌面骨复杂的外部形状和内部结构精确控制。