生物陶瓷3D打印:羟基磷灰石与磷酸钙多孔样件

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       生物陶瓷是骨修复与口腔修复领域的主流材料,其中羟基磷灰石与磷酸钙体系的应用最为广泛。这两类材料硬度高、脆性大,当结构需要做成贯通多孔或复杂曲面时,传统成形方式难以兼顾外形与内部结构。
     以下是几组生物陶瓷样件由奇遇科技3D打印,外形与内部结构均由三维模型定义,经陶瓷光固化3D打印(DLP)一次成形。
一、羟基磷灰石
      羟基磷灰石是脊椎动物骨骼与牙齿无机质的主要成分,化学组成与骨矿物相接近,生物相容性好,植入后可与骨组织形成结合;不足在于强度与韧性有限、脆性大。
1. 人工骨多孔支架
这组样件为圆柱形多孔支架,柱体内为规则排布的多孔结构,以批量方式成形。

△人工骨多孔支架样件批量成形


△单件样件与局部放大:孔结构形态


2. 多孔块、环形件与圆片

除支架类样件外,还成形了多孔块、台阶圆片、环形件与圆片等形态,均为单件样件。

△成品展示:多孔块、环形件与圆片


△台阶圆片样件(带尺对照)


△多孔立方块样件(带尺对照)


3. 颅骨曲面样件

该样件面向颅骨修复方向,外形为曲面,表面为多孔形态。

△颅骨曲面样件成品展示


△颅骨曲面样件(带尺对照)


二、磷酸钙

磷酸钙是钙的磷酸盐类无机材料的总称,磷酸三钙、磷酸四钙以及在此基础上引入其它元素的改性体系都属此类。其中 β-磷酸三钙(β-TCP)生物相容性好,植入后可逐步降解并被新生骨组织替代;硅磷酸钙则是在磷酸钙中引入硅元素得到的改性材料。与羟基磷灰石类似,这类材料的成形难点同样落在多孔与复杂结构的实现上。

1. 硅磷酸钙:TPMS 结构样件

样件为 TPMS(三周期极小曲面)结构,曲面单元在空间内连续排布。

△硅磷酸钙 TPMS 结构样件


2. 磷酸三钙:圆柱形 TPMS 样件

样件为圆柱形,内部同样为 TPMS 结构。

△磷酸三钙圆柱形 TPMS 结构样件


结语

本案例的几组样件覆盖羟基磷灰石与磷酸钙两个材料体系,结构上包含多孔支架、TPMS 结构与颅骨曲面。材料的生物活性与可降解性要在具体部位发挥作用,离不开结构的配合:贯通孔道关系着骨组织长入与物质输运的通路,TPMS 这类连续曲面则让孔隙分布与力学响应可以按需调节。这正是陶瓷3D打印的意义:材料自身的功能,由结构来分配和实现。


来源:奇遇科技


关键词:生物陶瓷3D打印

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