镁(Mg)及镁合金等可生物降解金属由于其优异的力学性能和生物降解性，在生物医学研究中引起了广泛关注。然而，传统的铸造、挤压和商业加工在制造具有复杂形状/结构的部件方面存在局限性，这些工艺可能会产生空腔和气孔等缺陷，从而降低产品的性能和实用性。与传统技术相比，增材制造（AM）可用于精确控制由不同镁基材料制成的具有多个几何尺度的工件的几何形状，并为骨科、牙科等领域生产理想的医疗产品。然而，需要对原材料、制造工艺、性能和应用进行详细而透彻的了解，以促进增材制造商业化镁基生物医学组件的生产。
近日，南方医科大学、暨南大学和香港城市大学的研究人员在《Journal of Magnesium and Alloys》期刊发表了最新综述文章“Research perspective and prospective of additive manufacturing of biodegradable magnesium-based materials”，总结了镁基生物医学产品增材制造的最新进展和重要问题，并讨论了未来的发展和应用趋势。其中，香港城市大学Paul K Chu（朱剑豪）教授及暨南大学于振涛教授为共同通讯作者。
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图1. 气体保护金属极电弧焊(GMAW)-线材和电弧增材制造(WAAM) 示意图。
图2. 三种固态增材制造(SSAM)的示意图：(a) 摩擦搅拌 AM (FSAM)，(b) 添加剂搅拌摩擦沉积 (AFSD)，和 (c) 摩擦堆焊沉积 AM (FSD-AM)。
图3. 常见的镁基金属医疗器械。
关键结论
本文对增材制造镁基生物医用材料的原料制备、制造工艺、性能、应用及未来前景进行了综述和讨论，结论如下：
(1) 镁基增材制造产品的主要原材料是镁粉和镁丝。镁粉需要一致的尺寸，最佳粒径范围约为20–70µm，而镁线加工通常涉及较大的塑性变形，例如热挤压、冷拔等。增材制造镁基产品的质量取决于质量原材料（镁粉和金属丝）。由于镁基增材制造的高活性和表面能，在开发高档原材料方面存在改进空间。
(2) LAM、EBAM、WAAM和SSAM是生产镁基产品的常用增材制造技术。LAM的优点是尺寸公差高，强度令人满意，但延展性有限，而EBAM成型类似于LAM。然而，高能电子束的快速加热和冷却效果可能会在印刷部件中产生固有缺陷。WAAM产生中等强度和可观的延展性，而SSAM显示出更高的工具力和速度，导致熔覆温度升高，从而导致组件中的孔隙率更高。
(3)目前对用于生物医学目的的镁基3D打印组件的机械特性、降解特性和生物相容性以及影响这些特性的变量的理解是不够的，需要进一步研究。
(4) 以下是未来需要研发的领域：（i）优质原材料的标准制备，（ii）专用设备的开发，（iii）创新制造技术，（iv）优化结构设计，（v）深入特性和性能的研究，(vi)表面改性，以及(vii)临床应用。
作者介绍
Paul K. Chu (朱剑豪), he is Chair Professor of Materials Engineering in both the Department of Physics and Department of Materials Science and Engineering at City University of Hong Kong. He is Fellow of the American Physical Society (APS), American Vacuum Society (AVS), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), Materials Research Society (MRS), and Hong Kong Institution of Engineers (HKIE). He is also Fellow and a member of the membership committee of the Hong Kong Academy of Engineering Sciences (HKAES). His research interests are quite diverse spanning plasma surface engineering, materials science and engineering, surface science, and functional materials. He is a highly cited researcher in materials science according to Clarivate Analytics of the Web of Science.
于振涛，暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院教授、博导，生物医用材料技术研究中心主任。主持和为主参加了国家“863”、“973”、科技支撑、自然科学基金，以及国家重点研发计划、国际科技合作专项等国家及省部级各类科研项目40余项。获省部级一、二等奖11项，申/获国家发明（实用新型）专利98项，参/编专著5部，发表论文250余篇。现为国家重点研发计划项目首席科学家。曾荣获陕西省“五四青年奖章”、陕西省重点领域（自然科学）顶尖人才、陕西省“特支计划科技创新领军人才”等称号。入选“国家重点研发计划”、NSFC、中国博士后基金等项目评审专家。
基金支持
该工作得到广东省基础与应用基础研究基金（No. 2020B1515120078、2021A1515111140、2021B1515120059）、国家重点研发计划（No. 2020YFC1107202）、科学研究培育计划（PY2022002）、科技部资助 广州规划项目（No. 202206010030），香港城市大学捐赠研究基金[DON-RMG No. 9229021 and 9220061]，以及香港城市大学战略研究基金[SRG 7005505]支持。
原文下载
Research perspective and prospective of additive manufacturing of biodegradable magnesium-based materials.pdf
论文引用
Fu Q, Liang W, Huang J, et al. Research perspective and prospective of additive manufacturing of biodegradable magnesium-based materials[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2023.
https://doi.org/10.1016/j.jma.2023.05.002
湘公网安备 43030502000175号
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