具有可控結構多孔鎂支架的3D打印

作者:晏夢雪、田小永
來源：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

由于鎂作為人體中不可缺少的礦物質元素之一，鎂以及鎂合金材料均具有良好的生物相容性，其中，作為生物支架材料，其可在人體內注漿降解生成鎂離子，并被周圍基體組織吸收或者隨體液排出，故鎂以及鎂合金支架的3D打印具有非常廣泛的應用背景。利用3D打印技術在成形復雜結構方面的優(yōu)勢，3D打印的多孔鎂支架的孔隙率可在較寬的范圍內進行調整，且具有可控的孔隙形態(tài)與宏觀結構。然而，由于鎂元素作為一種活潑金屬，熔融狀態(tài)下的鎂易于與氧氣發(fā)生反應，給這種材料的選擇性激光熔融成形帶來一定的困難。

早在2011年，就有學者提出利用3D打印技術采用3步法實現(xiàn)多孔鎂支架的制備，其過程如圖1所示。然而這種成形方式需要較長的脫脂時間，成形過程復雜。

圖1 三步法制備多孔鎂支架

近期，蘇黎世理工大學Kleger N, Cihova M, Masania K等利用NaCl作為致孔劑在成形多孔材料方面的廣泛應用，但是其作為致孔劑一般只用于隨機孔隙結構的成形，為了解決這一問題，課題組采用直寫工藝（Direct Ink Writing, DIW）首先實現(xiàn)NaCl膠體的3D打印，經(jīng)過高溫燒結成形具有一定強度的NaCl模版，然后進行鎂熔液的壓力鑄造，最終，通過在堿性溶液中去除其中的NaCl，實現(xiàn)具有可控結構的多孔鎂支架的3D打印成形，如圖2所示。與三步法相比，該方法的成形過程更為簡單，不需要較長的脫脂過程，同時也拓展了可成形的結構類型。

圖2 以NaCl做模版進行多孔鎂支架的成形過程

參考文獻：
Nguyen TL, Staiger MP, Dias GJ, et al. A novel manufacturing route for fabrication of topologically‐ordered porous magnesium scaffolds[J]. Advanced Engineering Materials, 2011, 13(9): 872-881
Kleger N, Cihova M, Masania K, et al. 3D Printing of Salt as a Template for Magnesium with Structured Porosity[J]. Advanced Materials, 2019.