由於(yu) 其出色的物理性能和抗感染性，鈦合金是製造諸如膝關(guan) 節/髖關(guan) 節植入物這樣的骨科裝置的首要選擇。日前，來自新加坡科技研究局（A*STAR）的一個(ge) 研究團隊發現使用具有有趣屬性的鈦、鉭粉末可以3D打印出具有更好的應力吸收能力的定製植入物。

到目前為(wei) 止，研究人員們(men) 主要使用選擇性激光熔融（SLM）技術和鈦鋁基粉末來3D打印生物原型。SLM技術通常使用高功率激光器來根據計算機設計模型逐層構建3D對象。但是由於(yu) 鋁這種元素對人體(ti) 神經有著長期不良影響，導致科學家們(men) 希望能夠找到其它材料來取代它。

為(wei) 此來自A*STAR下屬新加坡製造技術研究所（SIMTech）的Florencia Edith Wiria和南洋理工大學新加坡3D打印中心的Wai Yee Yeong發起了一個(ge) 合作研究項目，希望通過開發一種創新的金屬共混物來使用SLM技術3D打印出更好的鈦合金生物醫療產(chan) 品。

理論上說，鈦、鉭元素組成的合金是絕對沒有問題的，因為(wei) 這兩(liang) 種金屬都擁有生物相容性，而且其機械屬性要由於(yu) 純鈦。但是鉭金屬的熔點非常高（超過3000攝氏度），這就意味著將鈦金屬變成可用於(yu) SLM技術的球形金屬粉末在經濟上基本不可行。而市場上常見的鉭粉通常是通過氣體(ti) 霧化形成的長條形粗糙微粒。

為(wei) 了克服這一問題，研究團隊將這種粗糙的鉭金屬粉與(yu) 另外一種市場上現成的微球形鈦金屬粉末混合在一起。在將這兩(liang) 種材料混合半天之後，他們(men) 觀察到這種混合物可以鋪設得更加均勻，更便於(yu) SLM技術使用。顯微鏡實驗揭示在混合之後鈦金屬的球形形狀仍然保留，這是該混合物可成功用於(yu) 3D打印的關(guan) 鍵。

“鈦粉在這裏充當了一個(ge) 滾動媒介的角色。”Wiria解釋說：“它推動了鉭粉，使SLM的處理成為(wei) 可能。”

通過將一種棋盤式的激光掃描模式上下交替熔融金屬或者從(cong) 一邊到另一邊的移動來減少熱應力，研究人員成功地使用SLM技術製造出了鈦鉭合金的3D形狀。出人意料的是，通過X射線和其它成像技術探測表明，鉭金屬的加入，再加上快速凝固，促進和穩定了高強度的層狀鈦晶粒的形成。

研究人員預計，這種鈦鉭合金將能夠減輕“應力遮擋”效應，所謂的“應力遮擋”效應是指植入物的硬度過高導致其鄰近的骨骼得不到足夠的力學刺激而導致骨質疏鬆的現象。“這些合金是專(zhuan) 門被設計用於(yu) 骨骼科應用的，甚至有可能在變形後，顯示出某種形狀記憶能力。”Yeong說。

這項研究成果已經被發表在了2016年3月5日出版的《Alloys and Compounds》雜誌上，論文題目是《帶50%重量比鉭金屬的鈦合金的選擇性激光熔融：微結構和機械屬性（Selective laser melting of titanium alloy with 50 wt% tantalum: Microstructure and mechanical properties）》。