Himed研究证实3D打印钛植入物中后处理的重要性

对于 3D 打印的钛和钛合金医疗植入物，表面优化不仅仅是一种增强，而且是绝对必要的。Himed是一家生物陶瓷涂层和 3D 打印生物陶瓷材料专家（也是Lithoz 在生物陶瓷 3D 打印方面的合作伙伴），公司已经证明精心设计的表面形貌对于成功的骨整合至关重要，可使新骨牢固地锚定在植入物上。特别是，通过Himed公司的专有 MATRIX MCD 技术进行磷灰石喷砂后处理，能够实现骨科钛植入物的卓越服役性能。

科学研究证实，优化的表面纹理可改善骨粘附性并促进更强的组织整合。无论是通过减材加工还是增材制造，后处理对于消除表面不规则性和提高生物相容性都至关重要。

对于 3D 打印植入物，后处理在去除残留钛颗粒（增材制造过程中产生的微小副产品）方面起着至关重要的作用。如果不加以处理，这些微粒将带来重大风险，可能在灭菌、包装甚至植入后脱落，从而导致严重的并发症。

△增加增材制造的 Ti64 脊柱间隔器的 SEM 放大倍数表明残留珠子之间存在尺度差异。所有图片均归 Himed, LLC 所有

3D 打印钛植入物中的残留颗粒

高分辨率成像，尤其是扫描电子显微镜 (SEM) 揭示，钛颗粒经常嵌入 3D 打印的 Ti64 脊柱间隔器的复杂表面和腔体中。这些残留颗粒需要精确去除，以防止潜在的临床风险。此外，与构建平台的接触点会导致表面不规则，因此必须进行修整，以确保光滑一致的纹理。

虽然钛本身具有生物相容性，但脱落的钛碎片的长期生理影响仍不确定。为了保持医疗植入物的结构和生物完整性，后处理必须有效消除这些残留颗粒，同时防止引入新的污染物。在各种后处理技术中，只有一种方法能够始终如一地实现完全净化，而不会损害钛基材。

常见的后处理技术

氧化铝 (Al₃) 喷砂以氧化铝 (矾土) 为基础，其莫氏硬度为 9，由于其硬度极高，是一种广泛使用的磨料。它能有效去除残留的钛珠，细化植入物的表面。然而，由于其易碎的特性，氧化铝碎片在撞击时会将微小颗粒嵌入较软的钛表面。这些内含物非常成问题，因为即使经过酸处理，它们仍会滞留在金属中，几乎不可能完全去除。

△3D 打印的 Ti64 脊柱间隔器在用氧化铝砂粒喷砂后的 SEM 图像。请注意整个表面上的深色区域 - 这些区域代表在应用过程中嵌入 Ti 表面的磨料。所有图片均归 Himed, LLC 所有

研究表明，氧化铝污染会改变植入物的元素组成，植入后嵌入的颗粒可能会脱落，从而引起生物相容性问题。SEM 成像证实了钛表面深处嵌入了氧化铝颗粒。同时，能量色散 X 射线光谱 (EDX) 进一步验证了铝污染的持久性，限制了这种方法用于医疗植入物后处理的可靠性。

玻璃珠喷砂可减少铝颗粒污染，从而成为氧化铝的替代品。玻璃珠的莫氏硬度为 5.5，具有足够的侵蚀性，可以去除表面不一致性，同时比氧化铝更温和。然而，与氧化铝一样，玻璃珠在撞击时容易破裂，从而在钛表面内留下微小的含硅残留物。

虽然这种技术减少了与铝有关的污染，但它带来了另一个问题——硅碎片。EDX 分析表明，硅残留物在处理后仍然存在，这意味着这种方法不能确保钛表面完好无损。这些残留颗粒会影响植入物的长期机械稳定性和整体生物相容性。

最终的后期处理选择

Himed 称，磷灰石喷砂是一种先进的后处理技术。公司专有的 MATRIX MCD 技术在功效和安全性方面超越了传统的后处理方法。这种方法采用由羟基磷灰石和磷酸三钙组成的磷酸钙基磨料介质，这两种物质天然存在于骨骼成分中。与氧化铝和玻璃珠喷砂不同，磷灰石磨料完全可溶，在 ASTM F86 钝化后完全溶解，不会留下任何外来污染物。

MATRIX MCD方法确保钛表面不会嵌入任何残留颗粒，从而提供无与伦比的生物相容性。由此产生的微地形增强了骨整合，为细胞粘附和骨生长提供了最佳结构。由于磷灰石磨料具有各种颗粒尺寸，因此可以对复杂的植入物几何形状进行高精度细化。此外，这一过程保持了植入物的结构完整性，保持了对机械可靠性至关重要的严格尺寸公差。

△SEM 序列展示了 MATRIX MCD 应用 <53μm 磷灰石磨料的后钝化结果。颗粒大小会影响精炼表面的相对光滑度，较大的MCD（425–180μm）会产生较粗糙的表面形貌。所有图片均归 Himed, LLC 所有

磷灰石喷砂的莫氏硬度等级为 5，可实现受控且均匀的表面细化，根据加工参数可实现 1.0μm 至 3.2μm 之间的表面粗糙度 (Ra)。与氧化铝和玻璃珠喷砂不同，喷砂技术可确保钝化后的绝对钛纯度，使其成为 3D 打印钛植入物后处理的最佳选择。

SEM 分析证实，使用 Himed 的 MATRIX MCD 磷灰石喷砂处理过的植入物呈现出完全纹理且无污染的钛表面。与其他后处理技术不同，这种方法可以去除嵌入的颗粒，确保最高的纯度。经过数十年的改进，这项技术已经完善，可以满足骨科和牙科植入物制造所需的严格质量标准。

对于医疗植入物，表面的成分和纹理直接影响安全性和临床性能。虽然氧化铝和玻璃珠喷砂会引入可能损害植入物完整性的异物残留物，但磷灰石喷砂可提供生物相容性、无残留物的解决方案。随着 3D 打印钛植入物领域的不断发展，选择最佳的后处理方法仍然是确保其寿命和临床成功的关键因素。