重磅：华科史玉升教授团队开发出能3D打印PEEK的激光烧结SLS设备并成功实现临床应用

目前国内外激光烧结3D打印技术主要用于成形较低熔点的热塑性聚合物材料。PA12及其复合材料(熔点在180℃左右)目前仍是SLS技术用的最多、也是最成功的成形材料，占SLS商品化材料的90％以上。能够进行PEEK激光烧结的3D打印机，在很长一段时间内几乎只有EOS可以做到。

聚醚醚酮（PEEK）作为一种特种工程塑料，具有质轻、力学性能优异、生物相容性和影像学低干扰等众多优点，在航空航天、医疗等领域有重要应用。尤其在医疗领域，相比于钛合金植入物，PEEK的生物力学性能更加接近人体骨骼，可有效缓解应力屏蔽效应，有利于内植入物与骨组织之间的骨整合, 保证了PEEK内植入物的长期稳定性。

3D打印相比传统技术更容易制造形状无规则零件，能够满足个性化的手术需求。华中科技大学史玉升教授团队在国家重点研发项目“面向增材制造的模型处理以及工艺规划软件系统”、“高性能复杂聚合物零部件增材制造技术的研发与应用”以及湖北省技术创新专项重大项目“高性能特种聚合物的增材制造技术与装备研发”支持下，研发出了针对PEEK材料的高温粉末床激光烧结（HT-LPBF）增材制造成套技术；同时还与协和医院杨操教授团队共同承担国家重点研发计划项目“高性能聚合物材料个性化仿生内植入物增材制造技术及临床应用研究”，实现了复杂结构PEEK骨植入物的快速个性化定制及临床应用。

相关研究成果

在装备研发方面：团队于2018年研制成功预热温度达400℃的独立控温第一代HT-LPBF装备，型号为HK PK125，台面125mm×125mm。2021年研制成功第二代HT-LPBF装备HK PK350，台面350mm×350mm。设计了具备独立空间的送粉腔体和成形腔体，实现了送粉和成形两个关键操作的独立预热与温度场均匀性控制，装备最高预热温度可覆盖PEEK等绝大多数高性能特种工程塑料。

（a）第一代HT-LPBF装备HK PK125，（b）第二代HT-LPBF装备HK PK350，（c）PEEK粉末材料，（d）PEEK材料成形过程

在材料制备方面：提出了高温红外辐射制备方法，制备了适用于HT-LPBF工艺的PEEK粉末材料，可同时满足粉末高温流动性、烧结窗口与堆积密度等关键指标的要求。制备的粉末整体形貌均一，堆积密度达0.37±0.01 g/cm3，烧结窗口达27.26℃。此外，揭示了PEEK粉末材料的老化机理。粉末老化使晶体结构更加有序，晶格体积减小，烧结窗口变宽。老化后分子链并未发生断裂，但大分子已交联形成联苯结构，降低了粉末的结晶度。

在成形机理方面：揭示了HT-LPBF周期性过程中涉及的动态非等温和准静态等温动力学结晶过程，及其对PEEK制件力学性能的影响规律。等温结晶较非等温结晶的HT-LPBF制件强度更高。

PEEK在HT-LPBF成形过程的结晶动力学过程与特征晶体结构

在临床应用方面：以华中科技大学附属协和医院杨操教授团队为依托，在国家重点研发计划项目的支持下，开展临床应用研究。将高性能PEEK植入物进行生物安全性检测（体内细胞毒性、致敏性、内植入物局部反应性、急性毒性、亚慢毒性、遗传毒性和致癌性），所有测试项目均已完成并通过生物安全性测试。临床试验严格按照人类伦理道德原则，遵守相关医学研究伦理准则，对拟展开的植入手术进行病人招募，对受试者进行常规的术前检查和综合评估。截止目前，已实现椎间融合器临床应用11例，并在术后定期跟踪随访，功能评估，病人各项指标正常，术后恢复良好。

（a）多孔点阵椎间融合器，（b）螺纹中空椎间融合器，（c）临床植入情况，（d）术后X线结果

成果主要完成人