Skolovo科學技術學院（Skoltech）的科學家們開發了一種3D打印個性化陶瓷骨植入物的新穎方法。在他們的研究中，該團隊采用了基于仿真的方法來創建靈活，無缺陷的3D模型，這將為其添加植入物提供基礎。研究人員對這些設計進行了優化，可以根據特定患者的需要對其進行定制，并使它們更容易與有機組織融合。

該論文的合著者之一埃夫根尼·馬爾察夫（Evgenii Maltsev）表示：“微觀結構的功能表示（FRep）建模具有很多優勢。FRep始終保證所生成的模型是正確的，這與CAD系統中傳統的多邊形表示相反，在傳統的多邊形表示中，模型可能會出現裂紋或面不相交。”

這些團隊的植入物具有多孔結構，可以根據個人患者的需要進行調整。圖片來自Skoltech，Pavel Odinev。

利用陶瓷的潛力

目前，使用發泡和燒盡添加劑來克服這些限制，但該團隊認為3D打印將提供一個更好的平臺來創建大孔結構。考慮到增材制造可以生產出具有可控孔隙率的零件，該技術具有打印具有定制結構的可定制植入物的潛力。

研究團隊使用SLA機器對陶瓷植入物進行3D打印（如圖所示），然后進行脫脂和燒結步驟。

圖片來自《應用科學》雜志。

團隊的FRep優化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系統將其燒結成具有預定特性的最終形狀。然后，團隊使用SEM顯微鏡和各種機械應力測試對所得的圓柱形試樣進行評估。在軸向壓縮下，3D打印的植入物顯示出400 MPa的強度，而SEM圖像顯示的孔徑范圍為440至700 μm（在團隊的公差范圍內）。盡管尺寸為4（D）x 9.5mm（W）的樣品證明是自支撐的，但在早期設計過程中確實需要少量的材料增強。

考慮到他們的植入物顯示出與小梁骨相同水平的抗壓強度，科學家認為他們的方法是成功的。該小組打算在將來優化他們的打印方法，并且出于這個目的，已經將其中的十個原型發送到了動物測試機構。

陶瓷添加劑應用的增長