記憶合金，國內發展到那個地步了？

我國2016年出台的《「十三五」科技創新規劃》第五章「構建具有國際競爭力的現代產業技術體系」中明確指出要大力發展新材料技術和先進高效生物技術。本次規劃的重點主要集中在植介入器械、組織修復材料和前沿新技術三個大方向。

記憶合金在醫學醫療領域的應用包括血管支架，矯形植入物方面。我國以西北有色金屬研究院，中科院瀋陽金屬研究所，天津大學等高等院校和科研院所也進行了大量的理論研究和生產工藝研究，取得了眾多的科研成果和專利技術。本期，3D科學谷與谷友一起來了解記憶合金，國內發展到那個地步了？

記憶在於

平衡之美

鈦鎳基記憶合金

瀋陽海納鑫科技

瀋陽海納鑫科技以鈦鎳基記憶合金絲作原料，採用激光熔覆增材製造工藝，通過對製造部件的組織控制和變形量的控制，真空自耗凝殼爐的熔池大，獲得合金元素的充分均勻化，防止合金偏析。

通過3D列印鈦鎳記憶合金絲的激光熔覆增材製造步驟為：

-根據要製造的部件的CAD圖紙，用3Dmxs軟體建模；

-用Cura軟體切片，然後把此程序輸入到激光熔覆印表機的控制電腦中；

-根據要製造部件的壁厚和部位的不同，確定熔覆速度，激光參數，送絲速度；

-調定冷卻用氬氣的壓力，流量；

-開始激光熔覆列印；

-冷卻處理，成品修整。

3D科學谷了解到瀋陽海納鑫科技的技術不僅僅體現在3D列印過程中，還體現在前期的鈦鎳基記憶合金的熔煉，鈦鎳基記憶合金絲的製備，以及加工過程中製造部件的組織控制和變形量的控制。另外，瀋陽海納鑫科技在合金中加入了微量的稀土金屬元素，主要是為了細化晶粒和調整Ms轉變溫度。並且，對於槳類部件的槳葉部分的變形控制，瀋陽海納鑫科技採取了對稱激光熔覆的工藝，同時控制激光熔覆速度和氣體冷卻速度，使其各個槳葉的組織和變形量基本一致。

形狀記憶合金血管支架

南京航空航天大學

南京航空航天大學基於自動鋪粉的激光組合加工技術製備形狀記憶合金血管支架，根據待加工零件的三維數據模型，利用高能激光束熔化混合粉末體系，通過逐層鋪粉、逐層熔凝疊加累積的方式，直至最終成形網狀結構的血管支架坯件，然後經過電化學拋光處理達到特定表面粗糙度要求。

3D科學谷了解到這種血管支架具有以下特點：

-依靠形狀記憶合金所特有的超彈性功能和形狀記憶效應，可有效降低血管支架在臨床應用時血管再狹窄發生率；

-通過力學性能和模擬生物體環境測試，血管支架具有良好的生物組織和血液相容性，符合醫學應用條件；

-基於激光組合加工技術超高製造精度的優勢及成形過程中惰性氣體的保護，有效克服傳統血管支架製備時加工表面粗糙、毛刺和氧化等問題。

南京航空航天大學研發的血管支架在高溫定型後，在低溫時壓縮 成收縮狀態並壓握在球囊上，外加保護鞘，當支架進入血液後，即刻達到相變溫 度，從奧氏體轉變為馬氏體，當外部保護鞘去除後，支架自行張開到預定的直徑， 起到對狹窄病變區域的支撐作用。其中，血管支架在未變形時的相為奧氏體相， 撐開後轉變為馬氏體相，相變會改變合金的機械性能，但不會改變其原始成分， 當發生奧氏體到馬氏體相變時，材料的硬度和強度都會提高，由於NiTi合金自 身良好的生物和組織相容性，發生相變後也不會對人體產生副作用。

南京航空航天大學採用的合金材料為鎳、鈦，第三種成分為Co或Cr或V中的一種。第三種成分可使材料表面形成緻密穩定的氧化膜，有效抑制孔蝕的發生，從而提高血管支架整體的耐蝕性， 保證支架在人體內部的正常工作。

具有4D效應的脊柱側凸內固定矯正裝置

廣州邁普再生醫學

現有的金屬類脊柱側彎內固定器械在Zimmer，Stryker、Medtronic 和Depuy等公司的相關專利及技術資料中都有提到，然而現有脊柱側凸手術矯形也存在一些問題，如：假關節形成、內固定失敗 (斷釘、棒和脫鉤等)、深部感染等；特別對於手術患者，他們的側凸程度 往往較為嚴重，醫生在制定手術方案時，往往面臨著是選擇激進還是保守治 療的難題。

脊柱側彎疾病有個特點，每個病人的脊柱變形都不盡相同，側凸角度、 旋轉角度、脊椎骨形態、側凸位置及對周邊影響、脊柱旁軟組織結構都不盡 相同，臨床醫生有個性化器械的需求。廣州邁普再生醫學發現3D列印技術的進步使製造更符合病人生理構造的個性化的脊柱矯形內固定器械成為可能。4D效應就是3D列印材料自動變成為預設的模型，是在3D列印的基礎上增加了時間維度，也就是廣州邁普再生醫學的具有4D效應的脊柱側凸內固定矯正裝置中的4D的含義，隨時間可控變形的性質是通過基於應力平衡的方式實現的。

3D科學谷了解到廣州邁普再生醫學的列印過程主要包括以下步驟：

-通過3D列印激光燒結列印技術製備鎳鈦基記憶合金材料骨架，待鎳鈦基記憶合金材料骨架冷卻後，設計弧度並進行彎折；

-通過3D列印熔融沉積式列印技術，在得到的鎳鈦基記憶合金材料骨架上沉積熱塑性材料從而製備熱塑性材料外殼或者單獨製備熱塑性 材料外殼再將鎳鈦基記憶合金材料骨架與熱塑性材料外殼組合，其中所述鎳 鈦基記憶合金材料骨架的定位孔與所述熱塑性材料外殼的定位銷進行配合， 從而得到功能單元。

尊敬的谷友，你對記憶合金的列印有哪些補充看法？歡迎在文後進行評論。

本文參考資料：

ScienceDOI:10.1126/science.aaf6524

Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.1600319

Investigations on Ni-Ti shape memory alloy using laser based AM

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