钛合金因其高强度、、、耐侵蚀好和生物相容性好等优异机能而备受关注[1-3]。增材制作技术的出现为钛合金的高效制备带来了新机缘，，可能实现复杂状态的精密制作，，并且可能定制钛合金的显微结构，，壮大的个性化制作能力全方位地满足将来社会工业规模个性化定制的需要[4-6]。增材制作钛合金为生物医学领域提供了一种有潜力的资料选择，，在骨科植入物、、、牙科修复等方面的利用不休拓展，，有望为患者带来更好的医治成效。通过生物力学机能测试和生物学评估来预测钛合金的服役安全性。低模量成分设计和多孔分级结构的优化是目前钛合金生物力学机能的重要钻研方向，，而资料理论的化学成分和微结构节制，，是提高钛基复合伙料植入体的耐侵蚀性和生物相容性的关键技术伎俩。

本文旨在全面探求增材制作钛合金的有关制作技术及其在生物医学领域的利用。针对新型钛合金的高机能需要设计，，提出钛合金的相变调控和职能梯度资料设政战术的蹊径。通过对选区激光溶解、、、选区激光烧结、、、电子束溶解和激光定向能量沉积等制备技术的介绍，，简述上述步骤的特点和合用领域。最后重点关注增材制作钛合金在生物医学中如耐磨部件、、、非承力部件和齿科部件等领域有关利用，，体现其在改善医疗设备和医治成效方面的潜力。本文将为增材制作钛合金生物学利用的钻研和利用提供有益参考。

1、、、增材制作高机能钛合金设计

作为生物医用资料，，钛合金必要思考若何降低弹性模量，，以削减应力屏蔽问题。解决这一问题的重要伎俩是设计低模量的钛合金资料，，这里将从钛合金的相结构调控和职能梯度资料设计的战术论述。

1.1　相结构调控战术

思考到钛合金增材制作过程需经历超急剧凝固、、、内禀热循环等过程，，会对沉积资料产生“原位热处置”效应，，导致初生相分化或新相析出，，以至打印构件内组成相沿着激光束方向阐发为不均匀散布。若何调控柱状晶／等轴晶转变比例和晶粒细化水平是目前增材制作高机能钛合金部件亟需解决的问题。固然节制增材制作流程和均匀化后处置在肯定水平上能降低组成相的不均匀性，，但解除柱状晶的作用有限，，同时也导致部件出产周期与制作成本的增长。作为植入体资料，，钛合金资料需思考低弹性模量的设计，，使之与人为骨靠近。目前常用于调控相结构的步骤重要蕴含退火、、、固溶和时效等热处置伎俩以及元素掺杂等成分调节。就资料系统而言，，通过增长特定合金元素或第二相物质，，调控低模量β相合金的比例含量，，这是降低模量的重要战术之一。通常把可能降低相变温度的元素称为β不变元素，，重要蕴含同晶型（如钼、、、铌、、、钒等）和共析型（如铬、、、锰、、、铜、、、铁、、、硅等）两种。目前钻研较多的钛合金，，如Ti-Ta、、、Ti-Mo和Ti-Nb合金，，拥有较低的弹性模量，，能更好地与刚性骨骼匹配，，削减应力屏蔽。詹宇星等人[7]分析了激光重熔（ＬＲ）处置对激光粉末床熔合（LPBF）制备的Ti6Al4V合金热不变性的影响作用。经ＬＲ处置后Ti6Al4V钛合金样品内α′相热不变性显著提升，，β-Ti相出现的温度点由500升至700℃。经LPBF处置的Ti6Al4V钛合金内晶粒持续成长，，700℃以上出现显著的“短棒状”和“粗层片状”特点；；而ＬＲ处置的Ti6Al4V样品表层溶解区内晶粒仍维持等轴特点，，在700℃以上的溶解区和热影响区内出现较为均匀藐小的针状组织。稀土元素及其化合物的掺杂在肯定水平上可能改善打印部件的机能[8]。ＬＩＵＹｉｎｇｈａｎｇ等人[9]在预合金化的Ti4Al4V粉末中增长微量的Y2O3纳米颗粒，，利用激光粉末床熔融（LPBF）工艺制作兼具高强度与高延展性的Ti4Al4V-Y2O3资料。与通例热处置LPBF合金相比，，向预合金化Ti4Al4V粉末中增长微量Y2O3纳米颗：蠡竦玫腡i44-Y2O3资料展示出更为优异的强度-塑性组合阐发，，突破了强度-塑性之间的互抵性问题，，即无法同步提升的技术瓶颈。在增材制作中引入Y2O3纳米颗粒可能显著提高合金强度和延展性，，细化晶粒并调控微观结构。掺杂Y2O3颗；；鼓茉し来蛴」讨形⒘盐频男纬，，通过增长熔池粘度削减晶界处的溶质偏析。刘包发等人[10]钻研发现，，热处置工艺对TC4合金微观组织结构影响较大，，钛合金中α相晶粒越藐小，，转化的β相含量越高，，则残存压应力值越大，，耐蚀性越好。当钛合金在940℃以上保温1Ｈ后再冷却，，组织由亚稳态α′相转变为α＋β相及少量次生α相。与空气炉冷相比，，在水冷前提下获得的钛合金β相含量更高。当热处置温度为800、、、940和1080℃时，，钛合金理论残存应力值较低。当热处置温度达到1020℃时，，钛合金理论存在的残存压应力值约为470MPa，，耐蚀机能最佳。思考到Ｌ-ＰＢＦ过程中由于熔池冷却速度很高，，在TC4合金中形成粗壮初生的β相柱状晶和针状α′马氏体，，导致TC4合金出现强度高、、、塑性差等问题，，难以满足现实利用要求。：频热薣11]钻研发现，，增长强β不变元素Mo可能大幅度降低钛合金中马氏体的相变温度，，Mo可在β-Ti中无限互溶，，不形成硬脆相金属间化合物。掺杂分歧含量的Mo能够获得分歧类型的显微组织，，如Mo含量小于3wt.%时钛合金以针状α′马氏体为主晶相，，Mo增长能够细化初生β柱状晶和针状α′马氏体；；而Mo含量在3～7wt.%之间时钛合金由α′和β两相组成；；Mo含量超过10wt.%时，，合金重要由β相组成。赵萍等人[12]的钻研批注，，选取SLM制作的TC4散热片在分歧处置前提下获得的微观组织差距显著。SLM-TC4散热结构由细针状α＇相和少量β相组成，，在近内孔区为片状α＇相集束群，，外侧则是α＇相在β基体上随机散布。随着退火温度和保温功夫增长，，组织产生粗化，，硬度先升后降，，耐蚀性加强。当退火温度为900℃时，，α′相根基转化成α相，，β相含量增长，，晶粒散布更均匀。经固溶处置后SLM-TC4内部形成网篮组织。随着固溶温度增长，，晶粒宽度和β相含量增长，，硬度降低，，侵蚀性加强。当固溶温度为980℃时，，散热孔周围存在少量棒状α相。选取固溶＋时效复合处置后，，组织以均匀弥散的（α＋β）相为主，，硬度降低。ＬｉｂｏＺｈｏｕ等人[13]重点钻研了选择性激光溶解Ti-13Ｎｂ-13Ｚｒ-[0-8]Ta（wt.%）合金的相变（β→ω和ω→α＋β）及其与弹性机能的关系。当Ta含量小于6%时，，随着Ti合金中Ta含量增长，，ω相的形成量增长，，但高Ta含量（＞8wt.%）则克制ω相的形成。随着Ta含量增长，，Ti合金弹性模量先增大后减小，，这是由于随后ω相数量的变动。固溶处置后，，ω相分化为α相和β相，，Ti合金弹性模量随着Ta增长而降低。

1.2　职能梯度资料设政战术

职能梯度资料的制作技术重要蕴含离心铸造、、、高温自舒展合成、、、等离子喷涂、、、粉末冶金、、、化学气相沉积等。上述步骤重要弊端是资料状态和尺寸可设计性不够矫捷。而激光增材制作技术可能实现加强体增长量的矫捷设计和难加工部件的高效制作。通过增长中央层引入梯度界面的方式实现梯度职能资料的增材制作。职能梯度陶瓷颗粒加强钛基复合伙料由于将金属的优异延展性与陶瓷的耐磨性／高硬度相结合而备受关注，，调控资料成分和微观结构实现机能的可控设计。近年来，，多尺度异质结构资料（如梯度结构、、、谐波结构、、、异质层状结构、、、非均匀溶质结构等）在协调合金强度和延展性方面展示出传统结构资料无法比力的怪异优势。优异的力学机能重要源于分歧区域拥有分歧的微观结构特点，，产生渐进式分区应变效应，，有效克制应变部门化。TiａｎｌｏｎｇＺｈａｎｇ等人[14]通过将热力学数据库与相场仿拍照结合，，调控在钛合金中产生异质微观结构的转变蹊径，，进而实现钛合金强度和延展性的协同组合。通过基体相的伪条幅分化和互扩散的浓度调制有效地形成分级和梯度的α＋β两相组织，，并形成细α析出区和无α析出区或粗α析出区混合。所制备的新型显微结构蕴含“倒球状α”双峰显微结构和α析出相粒径和数量密度空间梯度可控的梯度显微结构。这将为设计析出硬化合金的新型非均相组织提供一种通用制作战术。科研人员利用激光熔融沉积技术（LMD）成功制备了钛基梯度资料，，证明LMD技术的可行性[15]。Ｒ.Ｍ.ＭａｈａMoｏｄ等人[16]在优化LMD工艺下制备的TiC／Ti6Al4V职能梯度复合伙料，，其均匀显微硬度高于通例工艺前提下获得的复合伙料。ＬｉＬｉｑｕｎ等人[17]选取激光熔融沉积（LMD）技术制作出含TiC的无裂纹Ti6Al4V／TiC梯度复合伙料（见图1），，其中，，TiC以未熔颗、、、共晶、、、枝晶等大局存在。该资料顶部硬度达到7.2GPa，，最高抗拉强度达1225MPa（TiC＝5vol.%时）。与基体TC4相比，，抗拉强度提高12%。随着TiC含量增长，，导致未熔融和枝晶TiC颗粒增多，，颗粒尺寸增大，，极限拉伸机能降低。

Ｆ.Ｗａｎｇ等人[18]发现，，增长硬质TiC能提高Ti6Al4V基体耐磨性，，改善基体的摩擦机能。在高含量TiC的资料内，，由于未熔TiC和大量枝晶原生TiC的存在，，导致强度和塑性迅速降落。ＺｈａｎｇＹ.Ｚ等人[19]通过调整Ti与TiC的进料比，，利用LMD制备出两层薄壁的职能梯度复合伙料。该资料无离散界面，，微观结构出现为梯度变动。钛基复合伙料在生物医学中的临床钻研需满足力学、、、生物相容性等要求，，而拥有组分可设计机能的增材制作技术能通过扭转组分设计和结构优化实现调控微观结构的主张，，为通过3D打印获得梦想的机械个性提供蹊径。以合金设计领导3D打印，，拓展了3D打印制备机能均匀合金的广度，，为制备拥有均匀机能的未知结构合金提供新蹊径。

2、、、钛合金增材制作技术

目前常用钛合金的增材制作步骤，，重要蕴含选区激光溶解（SLM）、、、激光金属沉积技术（LMD）、、、电子束溶解技术（EBM）、、、激光定向能量沉积技术（LDED）等。

2.1　选区激光溶解

选择性激光溶解（SLM）是一种利用高能激光束逐层溶解钛粉来制作三维多孔结构的步骤。SLM技术精确节制孔隙的巨细、、、状态及其散布，，成形精度高，，后续处置容易，，可能制备出拥有优异力学机能和生物相容性的多孔植入物。SLM法可加工如钛合金、、、钴铬合金、、、高温合金、、、难熔金属等资料。钛合金假体被宽泛利用于骨科疾病的医治，，其中相互衔接的孔隙度和适当孔隙巨细是骨整合能力的关键。3D打印技术为构建内部和理论结构可控的假体支架提供了一种有效步骤。ＺｈｅｎｇＹｕｈａｏ等[20]通过SLM技术打印出四种4种互联孔隙率在70%以上的钛合金支架，，优化Ti6Al4V植入物支架最佳孔径（见图2）。随着支架孔径减小，，支架强度提高。当以立方体为单体的支架孔径约为202μｍ时，，宿主骨与支架间衔接不变性最好，，骨整合能力最强。在支架中还存在着部门支柱断裂和中空等问题，，这是由于激光功率过低或激光成形速度太快导致的，，打印件陆续性有待提高，，SLM工艺参数需进一步优化。选取参数化构建步骤可精确设计出拥有孔隙率等关键个性的模型，，进而制作出满足力学机能要求的骨组织工程支架。ＷａｎｇＺｉｈａｎｇ等[21]通过SLM技术制备了仿照骨小梁结构（ITS）和通例结构（RS）的多孔TC4支架。钻研发现ITS支架有利于细胞增殖和成骨分化，，倒で啥为400μｍ时细胞存活率最高（Ｐ＜0.01）。与通例结构（RS）相比，，仿照骨小梁结构（ITS）多孔TC4支架的钙盐沉积量最高，，有关基因和蛋白表白提高（见图3）。

ＷＥＩＷＨ等人[22]以TC4粉和Ａｒ-CＨ4气体为原料，，利用SLM法在TC4资料内原位合成出球状／片状结构TiC纳米相。当CＨ4（vol.%）达到11.5%时，，该复合伙料综合力学机能最好，，耐压强度和硬度别离为2190MPa和4.1GPa。

氧化石墨烯（GO）是一类拥有生物相容性的碳资料。ＭｉａｏＷＨ等[23]选取SLM法和Ti6Al4V-0.5%GO原料粉体制备出TC4复合伙料，，分析条纹、、、线型、、、空心块体和分块变向等4种分歧扫描打印战术对打印件机能的影响作用。在分块变向扫描战术下打印的TC4资料温度梯度和热应力相对最小，，资料硬度和耐磨性最佳。ＬｉｕＸ等人[24]通过增长少量GO粉制备TC4／（Al2O3＋TiC＋TiＯ2）复合伙料。通过引入GO提高打印资料的孔隙率。当GO含量为0.5%时，，耐侵蚀机能最好，，硬度比TC4基体高15.80%，，孔隙率仅0.96%。

SLM法可制作的资料系统领域较广，，如镍基合金、、、钴铬合金、、、镁合金、、、钛合金等。必要强调的是，，该法通常选取铺粉方式进行逐层扫描，，所用复合粉初始状态如流动性、、、堆积度、、、球形度等对终产品的成形作用较为显著。选取理论改性技术对原料粉处置，，加强复合粉的整体流动性，，提高打印件的力学机能。此外，，优化增材制作过程参数将显著提升Ti基资料的综合机能。

2.2　选区激光烧结

选区激光烧结（ＳｅｌｅCTiｖｅＬａｓｅRSｉｎｔｅｒｉｎｇ，，SLS）是利用高功率激光将粉末选择性地烧结成特定状态，，可能制作复杂状态的物体，，不受传统工艺限度，，可急剧制作原型和小批量出产。ＩGOｒＶ.Ｓｍｉｒｎｏｖ等[25]通过SLS技术制备了兔颅骨弓和高10ｍｍ、、、直径5ｍｍ、、、孔隙率50%的多孔圆柱体等拥有特定状态／结构的多孔Ti植入物（见图4）。SLS技术可较好地节制孔隙率（约为50%），，有利于细胞和营养物质的运输，，为骨成长提供合适环境。选取电化学沉积结合仿生法在多孔Ti植入物理论低温合成出八钙磷酸盐（ＯCＰ）涂层，，提高其在颅面修复中的服役机能。

ＳｉMoｎｅｔTaＤ＇ＥｒCｏｌｅ等人[26]对SLS制作的新型3D钛合金理论进行机加工（ＭａCｈｉｎｅｄ）与双酸蚀刻（ＤＡＥ）处置。对比植入物的三种分歧类型理论描摹匹敌菌机能的影响作用（见图5）。SLS制备的新型三维理论对口腔链球菌（Ｓ.ｏｒａｌｉｓ）的定植有显著克制作用，，3D理论拥有显著的抗粘拥戴抗膜活性，，抗菌成效与纳米粗糙度、、、理论氧气存在和微理论积等结构有关。ＮｏｍａｎＨａｆｅｅｚ课题组[27]选择性激光烧结（SLS）制备β型Ti-35Ｎｂ-2Ta-3Ｚｒ合金。当最大施加应变为27%时，，试样最大可复原应变约为4.8%，，与通例工艺相比，，机能有显著提高。｛112｝＜111＞β孪晶结构特点的形成，，为｛112｝＜111＞β孪晶伴随应力诱发的ω转变提供确切的证据。｛112｝＜111＞β孪晶与应力诱导的ω-相形成共存结构。伴随β结构形成，，SLS试样的超弹性复原和弹性复原导致Ｉ型孪晶马氏体的形成。β相和ω相之间的转变过程见图6。沿纵向孪晶天堑的弱界面应力区，，ω相薄层形成。相结构与母体β相的取向关系涉及到ω相的重叠，，陪伴着纵向β-基体和β-孪晶，，且在双马氏体、、、应力诱导的ω相和β相中形成位错缠结和位错堆积。固然能凭据患者个性化需要，，单独设计并急剧制作定制的植入物。通过优化SLS工艺参数来提高所描述零件的质量和机械机能。目前存在的重要问题是精度相对较低，，难以满足高精度要求的利用场景。值妥贴心的是，，SLS粉末制作的高密度金属／陶瓷部件需与后继处置或兼具生物相容性的聚合物相结合来制作多孔工程支架。

2.3　电子束溶解

电子束溶解（EBM）与SLM类似，，EBM使用电子束作为热源溶解钛粉，，能实现大粒径粉末近净成形。与其他增材制作技术相比，，EBM逐层制作金属零件的技术较为成熟，，合用于Ti6Al4V等合金。由于电子束溶解过程中熔池较大，，获得更为均匀的微观结构。ＭｉｋｉｎｏｂｕGOｔｏ等[28]通过EBM制作的晶格状互连大孔的Ti6Al4V植入物（见图7），，多孔钛孔隙率为57.5%，，最大抗压强度为78.9MPa，，多孔种植体杨氏模量为3.57GPa（ＳＤ＝0.33），，与人类皮质骨的杨氏模量相近，，在3～20GPa之间模量匹配能削减承载金属植入物的应力屏蔽问题。多孔Ti6Al4V植入物经ＡCａＨＷ处置可诱导体外仿照体液中磷灰石的形成，，可诱导生物活性。经ＡCａＨＷ技术处置的晶格状互连孔的Ti6Al4V植入物有望利用于临床利用中。

近年来，，基于三周期最小理论（TPMS）的多孔资料增材制作备受关注，，因其在盛开孔隙度、、、大理论积和理论曲率方面的怪异属性，，被以为是兼具骨仿照个性和显著的成骨潜力的新型医用资料。为了验证作为骨代替资料的可行性，，CＰｏｌｌｅｙ等人[29]选取EBM技术制备了由分歧巨细的Ｇ-极小理论螺旋结构组成的多孔Ti6Al4V支架（见图8）。钻研了多孔支架的特点蕴含如状态学（孔隙度、、、孔径、、、资料缺点）和力学机能（准静态压缩、、、委顿强度），，其与骨代替生物资料的利用有关性。EBM法获得的分歧螺旋结构单元细胞的多孔Ti6Al4V支架均匀孔隙率约为71%～81%，，均匀孔径约为0.64～1.41ｍｍ，，孔隙尺寸有利于骨细胞迁徙和血管化。该钻研证明，，高孔隙度和盛开理论积使得旋转支架成为一种有前途的结构，，可能沉积额外的理论涂层，，进一步加强骨整合机能。

基于3D模型和创新设计法的数字化制作对医疗设备的职能化提出了新挑战，，而电子束溶解（EBM）等工艺在出产如骨修复植入物中阐扬重要作用。Ａ.Ｊ.ＦｅｓTaｓ等人[30]选取电子束溶解技术制作出Ti6Al4VＥＬＩ钛合金髋关节假体模块化组件的职能性锥体（见图9），，评价EBM电镀组件以及铸造钛的可加工性。EBM样品拥有较高的粗糙度（R_a），，且EBM样品壳体几何状态对了局影响不显著。这意味着使用EBM技术结合电镀等伎俩制作骨科植入物在资料设计方面存在较大的发展潜力，，与传统加工技术相比，，拥有经济成本便宜的优势。利用电子束溶解（EBM）技术制作多孔结构的植入物拥有怪异的技术优势。但若何调整和连通微孔的孔径比和弹性模量等参数，，使机能与人体骨相近，，是临床利用亟待解决的关键问题。就委顿问题而言，，理论粗糙度节制在肯定水平上可能决定其开裂易感性。尤其是理论粗糙度过高导致的早期断裂问题将会限度其委顿强度。拥有最小晶胞尺寸和最低孔隙率的陀螺结构比其他结构拥有更好的委顿机能，，但尺寸单元晶胞过小时，，存在粉末去除难题等问题。在EBM制作过程中受到工艺参数以及理论处置伎俩的影响而出现的同化物、、、缺口等缺点问题也会影响其机械强度。

2.4　激光定向能量沉积

激光定向能量沉积法（简称LDED）是利用高能量激光将氩气流疏松的粉体在加工区溶解，，形成熔池并与基板进行冶金结合。反复循环执行打印操作，，逐层堆积，，最终形成三维结构的产品。该技术可能实现各类难熔、、、难加工金属资料（如Ｗ、、、Mo、、、Ｎｂ、、、Ta、、、Ti、、、Ｚｒ等）的激光急剧制作。LDED的概念是在1988年由美国科学家ＭＥＴＨＡ率先提出，，并论述其技术要领[31]。LDED技术较为快捷的构建速度使其在缩短出产周期方面优势显著[32]。张安峰等人[33]结合增长变质剂（硅／硼）与感应加热／热处置的伎俩，，利用激光增材制作技术加工了钛基复合伙料。Ｗ.Ｐ.Ｌｉｕ课题组[34]通过LMD技术制作出无裂纹的职能梯度TiC／Ti复合伙料。在职能梯度TiC／Ti复合伙猜中，，由于失配热应力减小，，获得良好的界面，，这有利于提高激光修复件的委顿寿命，，有效克制裂纹扩大。随着科研水平的深刻索求，，基于LMD技术的增减材复合、、、多能场复合等智能制作技术逐步成为钻研焦点，，这无疑会对LMD技术的工艺与设备提出更为刻薄的要求。

3、、、增材制作钛合金生物工程利用

3.1　植入物耐磨部件

钛合金在生物医学耐磨部件中拥有宽泛的利用远景，，其典型临床利用蕴含人为关节、、、骨折内固定装置等方面。钛合金与人体组织的生物相容性好，，不会引起显著排异反映，，能持久不变存在于人体内。ＮｉＪｕｎＪｉｅ等人[35]通过SLM技术打印出Ti6Al4V合金的膝关节股骨部件，，并结合电弧离子镀（ＡＩＰ）技术在其理论沉积TiＮ（约1.33μｍ）和TiCｒＮ（约1.42μｍ）涂层：琓iＮ和TiCｒＮ涂层的SLMTi6Al4V膝关节假体耐磨性显著提升（见图10）：琓iＮ和TiCｒＮ涂层的SLMTi6Al4V有望作为股骨部件的轻量化资料，，但降低成本和简化工艺等问题亟待解决。

思考到骨科植入物的安全性和悠久性的成分，，代替产品Ti6Al4V的植入物摩擦副逐步被认可，，但存在耐磨性偏低的问题必要改进。Ｖ.Ｋａｓｈｙａｐ等[36]利用激光理论织构（LST）技术在Ti6Al4V理论加工出定向交叉划痕纹理（ＯCＨＴ），，结合类金刚石膜（ＤＬC）沉积和热处置（ＨＴ）技术获得了高抗摩擦复合涂层（见图11）。热处置能形成含Cｒ2Ｏ3和TiＯ2相的中央层，，增长ＤＬC涂层的Ｒａ，，提高ＤＬC涂层粘附强度。通过LST、、、热处置和ＤＬC涂层相结合的协同作用制作的Ti6Al4V植入体摩擦学机能显著改善，，可持久利用于髋关节植入物。制作的ＯCＨＴ＋ＨＴ＋ＤＬCTi6Al4V复合伙料在后期临床利用中还需深刻钻研其不变性，，确保在临床过程中服役安全性。

颗粒加强钛基复合伙料可能提高耐磨性，，使用传统烧结步骤制作相对容易，，但需后继处置，，无法实现净尺寸成型。增材制作的出现为颗；；旌项鸦春匣锪系母咝е票柑峁┬滤悸。ＡｌｉＡｆｒｏｕｚｉａｎ课题组[37]利用定向能量沉积（DED）技术高效制备ＨＡ、、、Al₂O₃和Si₃N₄颗；；旌霞忧縏i6Al4V复合伙料。陶瓷颗：蚑i6Al4V基体间的界面结合较好，，预防开裂，，脱粘或孔隙。强化机制蕴含细晶强化、、、晶界钉扎、、、位错活动和堆积（见图12）。

3.2　非承力植入部件

增材制作钛合金在生物医学中可用于制作多种非承力部件，，如脊柱融合器、、、颌面修复体等。凭据人体部位状态和受力情况定制化设计，，加工复杂几何状态和特定孔隙结构的部件，，满足个性化需要，，提高医治成效。

全椎体椎管切除术（TES）已被证明是医治原发性恶性和孤立性转移性脊柱肿瘤的有效伎俩。为了评价3D打印模块化假体用于胸腰椎全椎体切除（TES）后脊柱重建的初步成效，，TaｎｇＸｉａｏｄｏｎｇ课题组[38]发展了3D打印Ti6Al4V钛合金模块化椎体假体在多节段胸腰椎全脊椎整块切除术后脊柱重建方面的钻研（见图13）。该团队利用Ti6Al4V资料设计了一套3D打印的模块化椎体假体系统，，被用于多节段患者TES后的置换。该假体由Ti6Al4V制成。3D打印模块化椎体假体适合分歧长度的前柱重建，，力学并发症较少，，在短期随访中能为维持患者神经职能提供不变环境，，但仍需更多持久随访的患者来证明其有效性。

目前，，因创伤、、、习染和肿瘤切除引起的骨缺损的处置依然是骨科手术中相当大的临床挑战，，尤其是严重的骨缺损问题是目前临床中亟待解决的问题。ＨｕｎｇＤｏＰｈｕｏC等[39]通过电子束溶解技术（EBM）制作的Ti6Al4V多孔植入物（见图14），，钻研多孔钛植入物在兔模型胫骨干骨缺损中的骨整合能力。多孔钛孔隙率约为50%，，孔径为600μｍ，，其等效杨氏模量为31.31GPa，，压缩屈服强度为108.8MPa，，与人类和兔的皮质骨杨氏模量（18～29GPa）相比拥有相对可比性。皮质骨可长入多孔植入物，，13周后非骨接触孔中的骨成长达到成熟。该多孔Ti6Al4V植入物拥有优良的骨整合能力，，有望用于重建骨干骨缺损。

3.3　齿科代替部件

在齿科利用中，，钛合金重要利用在种植牙、、、牙冠和牙桥、、、正畸部件、、、义齿支架等方面。而钛合金植入体密度较高，，且弹性模量（55～112GPa）与天然骨弹性模量（＜28.8GPa）差距较大，，造成严重的应力屏蔽，，导致生物力学失配，，导致骨吸收和种植体松动。从生物相容性、、、生物职能和力学行为的角度来看，，多孔结构资料是生物医学器件的最有前途的候选者。选择性激光烧结（SLS）也是增材制作多孔体的重要步骤之一。引入多孔结构是降低模量的有效步骤之一，，3D打印可能提供可设计的高效的梯度多孔结构，，可能削减对种植体资料左近骨组织的应力屏蔽，，耽搁服役寿命。ＦａｎｇｘｉａＸｉｅ课题组[40]选取SLS法制备出多孔Ti-7.5Mo合金。在1000～1200℃烧结过程中，，孔隙状态由开孔变为闭孔，，孔隙度和孔径尺寸在60%～26%和135～54μｍ领域内逐步减；；多孔合金由α相和β相组成的层状组织，，伴有少量α析出。压应力-应变曲线阐发为弹性区、、、屈服区和断裂区的三阶段变形行为。弹性模量和屈服强度别离在3.26～12.7GPa和58.6～182.5MPa领域内随着孔隙度减小而增大。通过孔隙度调节骨力学机能，，达到天然骨根基要求。尤其是获得的多孔性和粗糙的理论结构可能推进骨整合机能和种植体的使役不变性，，在开发代替骨移植物方面，，增材制作已被证明是一个有吸引力的代替新技术，，可凭据患者要求定制支架，，调控机械机能、、、孔隙度和尺寸。CｈｅCｈａｎｇＴｕ等[41]选取3D打印技术制作钛合金（Ti6Al4V）新型生物活性牙科植入物（见图15），，多孔牙科植入物（ＩＴＲＩ组）在骨缺损周围展示出活跃的新骨形成和优良的骨整合，，其组织体积、、、骨体积和骨体积百分比在规按功夫点显著高于对照组，，骨小梁厚度和骨矿物质密度较高，，骨小梁分离和总孔隙率较低，，且从1-3个月，，骨小梁厚度减小，，骨小梁分离和总孔隙率增长。该种新型牙科种植体（Ｂｉｏ-ＡCTiｖｅＩＴＲＩ）在骨再生和骨缺损较大的失败种植体重建方面利用远景宽泛。

Ｊａｅ-ＨｅｏｎＫｉｍ等[42]使用Ti6Al4V粉末通过3D打印技术制备试样。当激光间距为30～40μｍ时，，支架内部缺点较少，，三点弯曲强度和弹性模量较高，，可通过0.3～1ｍｍ晶格支架宽度进一步节制弹性模量；；3D打印后理论喷砂处置降低粗糙度和提高亲水性，，喷砂处置3D打印试样与机械切割试样在初始细胞粘拥戴人间充质干细胞分化方面阐发相当，，这注明3D打印Ti6Al4V支架可用于定制牙科植入物等。

4、、、结论

随着增材制作技术的不休进取，，钛基复合伙料的制作工艺不休改进，，在成型工艺和机能调控等方面钻研成就不休涌现。就生物医用钛合金而言，，仍有好多工作必要改进，，例如，，深刻钻研便捷、、、高效的理论改性技术，，提高其生物相容性，，削减植入后的并发症；；进一步优化钛合金的资料组分设计和制备工艺流程，，以实现更精确的微结构制作和综合机能调控，，满足分歧场景下的生物利用需要；；需加强对钛合金在复杂人体生理环境中的综合机能钻研，，蕴含持久体内不变性、、、与周围骨组织的相互作用等，，提高在临床利用中的使役安全性。目前科研人员正致力于调整资料结构设计和机能优化，，以满足患者分歧部位和病症的需要。结合先进的仿照步骤和检测技术，，如有限元分析、、、高通量推算、、、高分辨率成像等，，根究钛合金与生物体间的相互作用机制，，为生物资料的创新优化提供科学凭据。

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（注，，原文标题：增材制作钛合金在生物医用资猜中的钻研进展）