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嘉峪檢測網 2019-10-15 18:56
陶瓷因性能優異,在化工機械、電子、航天、生物醫學等領域中得到了廣泛應用。傳統工藝主要通過注射成型、模具成型、凝膠澆注等方法形成所需形狀,在高溫下燒結生坯。此類工藝加工周期長、成本高,且復雜的幾何外形和內部連通孔結構較難成型,限制了陶瓷在一些領域中的應用。
3D打印技術的出現為上述問題的解決提供了新的可能。目前,陶瓷3D打印技術主要包括光固化成型、數字光處理、熔融沉積成型、噴墨打印、選擇性激光熔融和分層實體制造等。
醫學領域中應用的陶瓷材料包括生物惰性陶瓷(如氧化鋁、氧化鋯、氮化硅等)和生物活性陶瓷(如磷酸三鈣、羥基磷灰石等)。
氧化鋁、氧化鋯和氮化硅陶瓷材料不會發生降解,具有較高的耐磨性和生物相容性,可被用于制作使用時間較長的植入性醫療器械,如人工股骨頭、髖臼杯內襯、義齒等。
國外研究人員已利用高純度氧化鋁,通過3D打印技術制作出心臟起搏泵。
3D打印義齒所使用的陶瓷材料通常是氧化鋯,經過對患者牙模的數字化掃描與建模、三維設計、3D打印、脫脂燒結、上釉等工藝加工而成。這種氧化鋯義齒的尺寸精度和通透性都較高。國內有公司利用陶瓷3D打印技術制作出氧化鋯陶瓷義齒和全冠,產品在2017年通過我國藥品監管部門的機械性能和生物學檢驗,獲得上市許可。
經過工藝改進,陶瓷人工關節目前已發展到第四代生物陶瓷(又稱粉陶)。第四代生物陶瓷為氧化鋯增韌的氧化鋁陶瓷,用其制作的人工關節陶瓷假體植入物不但具有極強的抗碎裂性,還有較高的抗斷裂韌性。
氮化硅具有非常高的抗斷裂韌性,是一種超硬陶瓷材料。美國一家生物材料公司在全球率先研制出醫療氮化硅陶瓷材料。該公司利用自動注漿成型的3D打印技術,制造出復雜的氮化硅脊柱融合器植入物,并對其性能進行了驗證,證實3D打印氮化硅植入物在人體骨骼環境中具有一定的耐腐蝕性,可達到制作植入物的要求。
磷酸三鈣和羥基磷灰石的化學組成和骨骼成分相近,具有良好的生物相容性、骨誘導性、骨傳導性、可降解性等性能。利用光固化成型、數字光處理、選擇性激光熔融和噴墨打印等技術,制作出有復雜結構的可動式義眼,將開拓陶瓷3D打印技術應用于個性化醫療領域的新篇章。未來,陶瓷3D打印領域將有更多新工藝和新材料被應用到醫療領域中來,給患者帶來新的治療選擇。
來源:中國醫藥報