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摘要

Ti6Al4V金属浆料及其人工骨增材制造研究

摘要

增材制造技术能够对样件进行定制化制造，已经被航空航天、生物医疗、车

辆工程等领域应用。在骨组织工程中，浆料直写技术是修复超过临界尺寸骨缺损

的理想方法，由于对材料的限制小并且能够大范围独立调控支架的弹性模量等特

点。孔径是骨组织工程中支架植入的关键因素之一。现有研究认为孔隙尺寸在

300μm以上的TiAlV人工骨具有最好的植入效果。然而，人体骨中有相当一部

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分孔隙的尺寸是300μm以下的，它们在骨再生过程中也扮演着相当重要的作用，

但孔隙尺寸小于300μm的钛合金支架的骨再生效果还未被研究。虽然浆料直写

技术能够制造结构孔径300μm以下可控的相互连通的支架，但是并不是所有的

浆料都能制造符合上述条件的支架，因此基于以上研究现状开展了如下的工作：

（1）配制了包括热塑性和热固性聚合物在内的六种粘结剂。用这些粘结剂

配制了最优的金属浆料，分别为PVA浆料、PVP浆料、PLA浆料、PS浆料、F-

127浆料和PDMS浆料。探索了不同粘结剂形成的金属浆料的流变学性能和保存

能力，以及金属浆料对支架打印精度的影响。用正面的可打印值Pr和截面的线

条下沉角度α、下沉高度与层高的比值h/H等参数指标分析了打印效果。建立了

评价金属支架打印效果的评价方法。此外通过搭配不同性质的浆料组合可以快速

制造悬垂或者中空的结构而无需多余的工艺。

（2）基于金属浆料对支架打印精度研究，选择PS粘结剂开展了随后的小孔

TiAlV支架在生物体内和体外的研究。利用了DIW技术制造了结构孔径50μm、

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100μm、200μm、300μm和600μm的多孔TiAlV支架，探究了结构孔径对细胞

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增殖分化和骨组织生长的影响。体外细胞培养14天后的结果表明结构孔径50μm

的支架细胞成骨分化效果最好和碱性磷酸酶的浓度最高，7天后结构孔径100μm

的支架细胞增殖最高。体内实验表明结构孔径100μm-600μm的植入物具有相似

的新骨再生，结构孔径200μm的TiAlV支架具有最好的植入效果。

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通过这些工作，为使用DIW方法时提供了选取粘结剂的参考和指导。同时

也表明了300μm以下的孔隙在钛合金人工骨中也非常重要。这篇论文的工作不

仅促进了DIW在制造精度更高的多孔支架上的发展，而且简化了DIW制造的前

期准备工作。与此同时，重新定义了人工骨的最优孔径范围，促进了骨组织工程

I

吉林大学硕士论文

和临床医学的发展。

关键词：

打印精度，结构孔径，TiAlV支架，体内外实验，浆料直写

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II

ABSTRACT

StudyontheadditivemanufacturingofTi6Al4Vmetalinkand

artificialbone

Abstract

Additivemanufacturingenablescustomizedmanufacturingofsamplesandhas

beenappliedinaerospace,biomedical,vehicleengineering,