3D打印超低杨氏模量Ti合金,用于生物

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在用于生物医学尤其是骨科的金属生物材料中,钛及其合金与不锈钢和钴铬合金相比具有最合适的特性,因为它们具有很高的生物相容性,比强度和耐腐蚀性。根据钛合金的相组成,可将其分为三大类,即α,β和α+β合金。本质上,微观结构取决于合金元素的类型和数量,因为同构的α相稳定剂(Zr,Al,Sn,O和Si)优先溶于α相,扩展了其相场,而同构的β相溶解在β相中的稳定剂(H,Mo,W和V)在β相场中起相同的作用。根据合金化程度和热机械加工路径,可以调整α和β相的平衡,从而可以调整强度、韧性和抗疲劳性等性能。来自特伦托大学工业工程系的研究学者在《A3D-PrintedUltra-LowYoung’sModulusβ-TiAlloyforBiomedicalApplications》论文中评估了亚稳态β-Ti21S合金作为生物医学零件的潜力。本期,3D科学谷与谷友共同来领略通过3D打印实现的亚稳态β-Ti21S合金所具备的特点。3D打印人体植入物。来源:Stryker极低的杨氏模量通过基于粉末床的选区激光熔化金属3D打印技术(L-PBF)可以制造出接近完全致密(99.75±0.02%)的样品。意大利特伦托大学工业工程系开发的材料仅由亚稳态β相组成,其柱状晶粒沿建筑方向取向。该材料具有极低的杨氏模量(52±0.3GPa),这种合金从未有过报道。具有良好的机械强度(σy0.2=±6MPa,极限抗拉强度(UTS)=±3MPa)和高拉伸强度(21%±1.2%),在没有任何热处理的情况下,它与锻造合金相近,并且与经过热处理的5级Ti相当。通过细胞毒性测试证明的良好生物相容性证实了其非常适合生物医学应用。减轻应力屏蔽效果论文中指出,除了Ti-6Al-4VELI(ASTMF)外,ASTM仅将Ti-6Al-7Nb(ASTMF)标准化为生物材料。但是,α+β合金的主要局限性之一是其相对较高的杨氏模量E,介于GPa和GPa之间。骨组织之间的刚度不匹配,将会引起应力屏蔽效应。由于使用功能梯度开孔多孔金属生产骨科植入物的可能性,AM-增材制造技术越来越引起人们的


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