【助力科研】升华三维联合中南大学采用间接3D打印制备具有优异生物活性的复合材料

升华三维联合中南大学采用离子掺杂改性的方式制备不同铷(Rb)含量的羟基磷灰石(Rb-Hydroxyapatite，Rb-HAp)粉末，然后用间接3D打印法制备Ti/Rb-HAp复合材料，对该材料的形貌和物相组成进行分析，测定材料的力学性能，并通过体外细胞培养和细胞增殖与分化实验，研究材料的生物学性能。

钛和钛合金具有良好的生物相容性和力学性能，广泛应用于人体硬组织修复。但钛和钛合金的生物惰性使其植入假体很难和人体组织产生紧密的化学键合。另外，钛和钛合金的弹性模量比人体骨高很多，植入人体后容易产生“应力屏蔽”效应，影响植入材料附近骨组织的正常发育。因此，作为骨植入材料，需进一步提高钛和钛合金的生物活性，以促进骨组织再生。羟基磷灰石(hydroxyapatite，HAp)作为人体骨骼的主要无机成分，具有优异的生物活性、生物相容性和骨传导性等，是一种应用前景广阔的生物陶瓷。但HAp的断裂韧性差，在生理条件下抗疲劳性能不足。将Ti与HAp复合能综合二者的优势，得到兼顾优异力学性能和高生物活性的复合材料。

近年来，3D打印技术为生产定制化的人体组织替代材料提供了理想的平台，它可直接利用患者的计算机断层扫描三维模型制作替代品，而不受任何几何约束和模具限制。

深圳升华三维科技有限公司于2016年提出一种间接3D打印新技术，即粉末挤出打印技术（Powder Extrusion Printing），将“3D打印”与“粉末冶金”法相结合。既摆脱了模具的束缚，通过逐层打印在短短数小时内得到想要的模型生坯，又兼具传统粉末冶金的脱脂和烧结工艺，最终得到高性能金属部件。

本文作者以Rb改性HAp粉末和Ti粉为原料，采用间接3D打印法制备（制备设备：UPS-250，深圳升华三维科技有限公司，中国）Rb-HAp质量分数分别为3%和5%的Ti/Rb-HAp复合材料，分析复合材料的物相成分和微观结构，测试材料的抗弯和抗压强度，并研究其体外矿化性能和细胞相容性等，为研究3D打印Ti/HAp复合生物材料提供理论基础和实验依据。

升华三维自主研发的工业型独立双喷嘴3D打印机UPS-250，采用独立双喷嘴设计，可以同时打印或者各自轮流打印金属/陶瓷材料，实现复杂结构和产品的成形，如两种不同的金属、两种不同的陶瓷或者是一种金属一种陶瓷的复合材料产品，实现同一台设备3D打印金属/陶瓷不同种类材料的复合产品开发，具有操作简单、工业型、高精度、高质量、高性价比等优点。适用于科研教育、工业制造、航天航空、军事国防、生物医疗、汽车、模具制造、新能源等行业间接3D打印技术开发、材料开发和金属/陶瓷产品快速开发制造。

工业型独立双喷嘴3D打印机UPS-250
打印技术	粉末挤出成型
设备尺寸	1140×950×1850mm
打印尺寸	250mm×250mm×250mm
打印层厚	0.05-0.3mm
打印精度*	±0.1mm
打印速度	10-100mm/s