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3D打印钽医用金属材料

杨振宇 朱江奇 闫星辰

杨振宇, 朱江奇, 闫星辰. 3D打印钽医用金属材料[J]. 金属世界, 2023 (6): 16-23. doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2023.10.0885
引用本文: 杨振宇, 朱江奇, 闫星辰. 3D打印钽医用金属材料[J]. 金属世界, 2023 (6): 16-23. doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2023.10.0885
Zhenyu YANG, Jiangqi ZHU, Xingchen YAN. 3D Printing of Tantalum Medical Metal Materials[J]. Metal World, 2023 (6): 16-23. doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2023.10.0885
Citation: Zhenyu YANG, Jiangqi ZHU, Xingchen YAN. 3D Printing of Tantalum Medical Metal Materials[J]. Metal World, 2023 (6): 16-23. doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2023.10.0885

3D打印钽医用金属材料

doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2023.10.0885
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2022YFC2406000)
详细信息
    作者简介:

    杨振宇(2001—),男,湖北省潜江市人,华南理工大学材料科学与工程学院在读研究生,主要研究方向为增材制造钽。通信地址:广东省广州市天河区长兴路363号广东省科学院新材料研究所;Email:yangzy010326@163.com

    通讯作者:

    闫星辰(1990—),男,陕西宝鸡人,博士,副研究员,主要研究方向为激光3D打印先进制造。通信地址:广东省广州市天河区长兴路363号广东省科学院新材料研究所;Email:yanxingchen@gdinm.com

3D Printing of Tantalum Medical Metal Materials

  • 摘要: 钽是一种稀有金属,具有良好的高温力学性能、抗腐蚀性能和生物相容性,在航空航天、电子和医疗等领域具有广泛的应用价值。本文介绍了钽的基本性能、钽矿的分布、冶炼流程以及钽在相关领域的应用,重点介绍了3D打印制备医用钽的优势及医用钽在生物医用方面的研究进程与临床应用。
  • 图  1  金属钽相关信息:(a)纯钽块体;(b)晶体结构

    图  2  钽在不同领域的应用:(a)切削刀具;(b)电容器;(c)高温隔热内衬;(d)金属植入体[78]

    图  3  LPBF加工示意图[10]

    图  4  3D打印钽人工椎体:(a)打印成品;(b)植入人体后X光照片[19]

    图  5  3D打印钽椎间融合器:(a)打印成品;(b)植入人体后X光照片[20]

    图  6  3D打印钽金属膝关节垫块:(a)打印成品;(b)植入人体后X光照片[21]

    图  7  3D打印钽金属髋关节[22]

    图  8  3D打印钽金属腕骨关节:(a)打印成品;(b)植入人体后X光照片[23]

    图  9  3D打印钽金属踝关节[24]

    图  10  3D打印钽金属骨盆和髋关节:(a)打印成品;(b)植入人体后X光照片[25]

    图  11  3D打印钽金属支架[26]

    表  1  多孔钽设计尺寸及力学性能

    多孔类型设计孔隙率/%屈服强度/MPa弹性模量/GPa孔隙大小/μm多孔结构示意图
    仿生小梁结构[14]6059.5±0.23.30±0.30
    7033.2±0.43.00±0.20542.0
    8014.2±1.01.50±0.40
    立方结构[15]6740.5±0.81.50±0.60362.4±16.5
    7728.1±0.31.10±0.30500.3±19.8
    8717.6±0.50.70±0.20702.6±26.9
    金刚石结构[16]70139.8±14.53.10±0.03500.0
    菱形十二面体结构[17]8078.5±9.12.30±0.20334.0±86.0
    8012.7±0.61.22±0.10500.0
    仿拱桥结构[18]7823.71.34850.0
    体心立方结构[18]799.80.59850.0
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  • [1] 路荣建,刘洪臣. 多孔钽作为骨植入材料的研究进展. 中华老年口腔医学杂志,2013,11(3):173
    [2] 彭建祥. 钽的本构关系研究[学位论文]. 四川绵阳: 中国工程物理研究院, 2001
    [3] 蔡洪桢,贺慧霞. 钽金属在临床应用中的研究进展. 口腔颌面修复学杂志,2017,18(1):46
    [4] 左更. 我国稀缺性战略金属资源保供稳供问题的思考:以钽、铌、铬、钴为例. 中国国土资源经济,2023,36(9):4
    [5] 李秋菊,王丹,周仓,等. 铌钽矿酸浸过程中表面微观结构表征. 有色金属(冶炼部分),2021(1):61
    [6] 李浩,王松,余艺平,等. Ta–Hf体系材料研究进展. 中国陶瓷,2020,56(11):10
    [7] Di Franco F, Zampardi G, Santamaria M, et al. Characterization of the solid state properties of anodic oxides on magnetron sputtered Ta, Nb and Ta–Nb Alloys. J Electrochem Soc, 2011, 159(1): 33
    [8] Traxel K D, Bandyopadhyay A. Modeling and experimental validation of additively manufactured tantalum-titanium bimetallic interfaces. Mater Design, 2021, 207: Art No. 109793
    [9] Guo S, Lu Y J, Wu S Q, et al. Preliminary study on the corrosion resistance, antibacterial activity and cytotoxicity of selective-laser-melted Ti6Al4V–xCu alloys. Mat Sci Eng C, 2017, 72: 631 doi: 10.1016/j.msec.2016.11.126
    [10] Chang C, Yan X C, Bolot R, et al. Influence of post-heat treatments on the mechanical properties of CX stainless steel fabricated by selective laser melting. J Mater Sci, 2020, 55: 8303 doi: 10.1007/s10853-020-04566-x
    [11] 姜海燕,林卫凯,吴世彪,等. 激光选区熔化技术的应用现状及发展趋势. 机械工程与自动化,2019(5):223
    [12] 杨强,鲁中良,黄福享,等. 激光增材制造技术的研究现状及发展趋势. 航空制造技术,2016,59(12):26
    [13] 丁玎. 骨植入体表面钽基涂层的制备和生物学性能研究[学位论文]. 上海: 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2019
    [14] Gao H R, Yang J Z, Jin X, et al. Porous tantalum scaffolds: Fabrication, structure, properties, and orthopedic applications. Mater Design, 2021, 210: Art No. 110095
    [15] Gao H R, Jin X, Yang J Z, et al. Porous structure and compressive failure mechanism of additively manufactured cubic-lattice tantalum scaffolds. Mater Today Adv, 2021, 12: Art No. 100183
    [16] Wang H, Su K X, Su L Z, et al. Comparison of 3D-printed porous tantalum and titanium scaffolds on osteointegration and osteogenesis. Mat Sci Eng C, 2019, 104: Art No. 109908
    [17] Wauthle R, Van Der Stok J, Yavari S A, et al. Additively manufactured porous tantalum implants. Acta Biomater, 2015, 14: 217 doi: 10.1016/j.actbio.2014.12.003
    [18] Zhang Y T, Aiyiti W, Du S, et al. Design and mechanical behaviours of a novel tantalum lattice structure fabricated by SLM. Virtual Phys Prototy, 2023, 18(1): Art No. e2192702
    [19] 高瑞, 陈国景. 用钽金属3D打印长节段人工椎体重建脊柱缺损. 西安日报, 2021–07–17(4)
    [20] 黄文成. 华曙高科助力大洲医学3D打印多孔钽椎间融合器实现国产替代进口. 搜狐网湖南. (2023–02–28) [2023–10–06]. https://roll.sohu.com/a/647552275_120808812
    [21] 杨柳,王富友. 医学3D打印多孔钽在骨科的应用. 第三军医大学学报,2019,41(19):1859
    [22] 应嘉蔚. 3D打印多孔钽假体搭载抗生素为关节感染患者带来生机!. 大连大学附属中山医院. (2022–01–29) [2023–10–06]. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5ODU3ODEzOA==&mid=2651904628&idx=5&sn=b1c6a8f138b20a622f6908a2990c9a31&chksm=8b6b01c1bc1c88d768a7fbbffa44ac8d3deed45ed7001bbed412bae7c9f7a107fbce244bab8d&scene=27
    [23] Admin. 3D打印多孔钽金属掌指关节置换成功实施. 中国3D打印网. (2021–12–14) [2023–10–06]. https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guoneidongtai/41554.html
    [24] 应嘉蔚, 程亮亮. 医院成功完成3D打印多孔钽生物型假体踝关节置换术!. 大连大学附属中山医院. (2022–06–29) [2023–10–06]. https: //mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5ODU3ODEzOA==&mid=2651908678&idx=5&sn=db853e201f9ea1cd3367d3cc0e1e775f&chksm=8b6b31f3bc1cb8e508d80c8ea585797d228a412054642bb6e65eb3d7249a73491ecfbf65be4e&scene=27
    [25] 李东怡. 利用3D打印多孔钽金属假体成功治疗骨盆巨大恶性肿瘤. 大连大学附属中山医院. (2022–06–08) [2023–10–06]. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5ODU3ODEzOA==&mid=2651908147&idx=3&sn=325ca0e420935bdbcb9b0011b3d77c7e&chksm=8b6b3386bc1cba900a20d858ad3227513af755e621260479cedd722f9ecba4c8f79ef2dc4e7d&scene=27
    [26] 彭放, 王洁. 湘雅专家首创“3D打印+仿生”技术定制钽金属多孔支架, 股骨头坏死早期患者有望终身不换髋关节. 掌上长沙. (2019–04–15) [2023–10–06]. https://www.icswb.com/h/204/20190415/595482_m.html
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  • 网络出版日期:  2023-10-25
  • 刊出日期:  2023-11-24

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