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幾乎無(wú)鎳、適合增材制造的新型醫(yī)用不銹鋼材料

發(fā)布時(shí)間: 2022-05-07  點(diǎn)擊次數(shù): 1345次

外科植入物的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于植入物設(shè)計(jì)所用的金屬材料化學(xué)成分有著嚴(yán)格規(guī)定。以不銹鋼植入物為例,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于鋼的牌號(hào)及其中的Ni、 Cr 、Mo 、Mn等化學(xué)成分均做出了規(guī)定。[1]

但常見(jiàn)醫(yī)用不銹鋼,例如316L不銹鋼仍存在生物相容性及相關(guān)問(wèn)題,包括不銹鋼植入人體后由于腐蝕或磨損造成腐蝕產(chǎn)物所引起的組織反應(yīng)(如出現(xiàn)水腫、感染、組織壞死等),從而導(dǎo)致疼痛和過(guò)敏反應(yīng)等。特別是不銹鋼中鎳離子析出誘發(fā)的病變。因此植入物設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍需要低鎳和無(wú)鎳的醫(yī)用不銹鋼材料。

在原始材料發(fā)展的同時(shí),外科植入物以及手術(shù)器械的制造技術(shù)也在不斷發(fā)展,其中基于粉末床激光熔化(LPBF)工藝的金屬3D打印技術(shù)已在該領(lǐng)域展示出了明確的產(chǎn)業(yè)化方向。對(duì)于增材制造技術(shù)而言,也同樣需要在化學(xué)成分和增材制造加工性能方面更為優(yōu)化的新型材料。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察,Carpenter Technology 開(kāi)發(fā)了一種增材制造醫(yī)用不銹鋼材料, 該材料幾乎不含鎳并且在激光粉末床熔合(L-PBF)3D打印系統(tǒng)中顯示出良好的加工性能。


為植入器械的質(zhì)量提升而優(yōu)化

化學(xué)成分的優(yōu)化

Carpenter 對(duì)新型醫(yī)用不銹鋼材料與傳統(tǒng)不銹鋼材料進(jìn)行了比較。根據(jù)Carpenter 的數(shù)據(jù),BioDur 108不銹鋼的鎳含量最高為0.05 wt%。除了針對(duì)患者優(yōu)化的化學(xué)成分外,BioDur 108還具有比BioDur 316LS 材料更好的機(jī)械性能。

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表1. BioDur 108,BioDur 316LS的典型化學(xué)成分,BioDur 108基本上不含鎳,是對(duì)患者友好的傳統(tǒng)使用材料的替代品。

來(lái)源:Medical Design Briefs 如表2所示,BioDur 108作為一種基本不含鎳的合金,耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度都更高。

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表2 兩種材料棒材的典型機(jī)械性能。


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