编辑推荐：
在颌面与骨科重建中，传统钛合金植入物存在应力屏蔽等问题。研究人员开展了多孔 Ti6Al4V 合金构建体的力学和微观结构特性研究。结果表明，350 - 450μm 厚支柱的构建体性能与下颌骨匹配良好。该研究为定制植入物提供依据，意义重大。
在医学领域，颌面和骨科疾病常常给患者带来极大的痛苦。以往在进行下颌重建等手术时，金属固定板虽被广泛应用，但传统的钛合金（如 Ti6Al4V）固定板存在诸多问题。其杨氏模量比皮质骨高约四倍，这一刚度不匹配会导致应力屏蔽现象，使得相邻骨骼因缺乏足够变形而无法正常进行骨重塑，进而引发骨萎缩，最终导致植入物松动和失效。同时，传统下颌重建方法还面临着诸如骨骼和固定板对位不良导致的骨愈合不佳、骨移植量有限、供骨部位受损以及感染等并发症。为了解决这些难题，来自国外的研究人员开展了一项关于 “Mechanical and microstructural properties of additively manufactured porous titanium alloy constructs for orthopaedic and maxillofacial reconstruction” 的研究，该研究成果发表在《Biomedical Engineering Advances》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，运用计算机辅助设计（CAD）创建了哑铃形和方形棱柱形的多孔及非多孔模型，通过改变支柱厚度（250 - 650μm）来调整孔隙大小（350 - 750μm） 。然后，使用选择性激光熔化（SLM）技术制造 Ti6Al4V 构建体，并对构建体进行热处理以消除内部残余应力。接着，利用 μ - CT 对构建体进行成像，通过分割图像分析内部缺陷、支柱厚度和表面粗糙度。同时，进行拉伸和弯曲的力学测试，并运用有限元分析（FEA）模拟加载，以预测构建体的力学性能。
研究结果如下：
- 几何与结构分析：SLM 制造的试样整体尺寸比 CAD 模型略厚。支柱厚度方面，平行方向偏差约 6%，垂直方向约 24%，较薄支柱倾向于圆形横截面，较厚支柱与设计形状更相符。表面粗糙度上，非多孔构建体粗糙度较高，支柱厚度与表面粗糙度参数无显著相关性。内部缺陷占总体积不到 1.0%，最大缺陷平均 Feret 直径小于 300μm，与支柱厚度相关性差。
- 力学性能测试：非多孔构建体中，铸造和 SLM 打印试样的拉伸性能除韧性外差异不显著，弯曲性能差异显著。多孔构建体的力学性能与支柱厚度密切相关，拉伸和弯曲性能与支柱厚度分别呈现自然对数和指数关系。FEA 模型与 SLM 构建体的力学性能偏差较小，C - section FEA 模型与 SLM 构建体匹配更好。
- Von Mises 应力分布：在拉伸和弯曲的 FEA 模型中，应力集中出现在支柱连接处附近。非多孔拉伸模型应力分布均匀，多孔拉伸模型中平行支柱应力较高。弯曲模型中，非多孔模型在加载砧接触区域应力高，多孔模型在拉伸区域失效。
- 匹配下颌骨性能：通过分析，发现支柱厚度在 350 - 450μm 的多孔 Ti6Al4V 构建体，其杨氏模量、拉伸和弯曲强度与下颌骨皮质骨匹配良好，孔隙大小也有利于骨生长。
研究结论和讨论部分指出，CAD 和 SLM 构建的支柱偏差与方向有关，平行支柱偏差更小。FEA 模型能较好地预测 SLM 构建体的力学行为，支柱厚度显著影响构建体的力学性能。表面粗糙度和内部缺陷虽对强度影响较小，但会降低伸长率。综合来看，该研究为颌面和骨科重建手术中定制多孔钛合金植入物提供了重要依据，有助于设计出更符合人体力学性能需求的植入物，减少应力屏蔽等问题，促进骨整合，提高手术成功率，对推动医学领域的发展具有重要意义。
