《Journal of Materials Research and Technology》：Personalized Ti6Al4V Implant Abutment Fabricated by Hybrid Laser Powder Bed Fusion Process: Mechanical and Microstructural Perspectives
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本研究针对个性化种植体基台制造难题，采用激光粉末床熔融（LPBF）结合机加工钛预成形体（preform）的混合工艺，系统评估了Ti6Al4V基台的微观结构演变与力学性能。结果表明，LPBF区域与preform界面形成连续冶金结合，无明显裂纹；孔隙率低（0.019%–0.045%），硬度呈梯度分布（LPBF区~415 HV，preform~360 HV），证实该混合工艺在个性化基台制造中具有良好应用潜力。
当3D打印遇见种植牙：打造“量身定制”的基台
牙齿缺失不仅影响咀嚼功能，更关乎颜值与自信。种植牙作为目前最理想的修复方式，其核心部件——基台（abutment），就像连接“牙根”（种植体）与“牙冠”的桥梁，直接决定了修复体的稳定性与美观度。然而，传统标准基台往往难以完美匹配每个人独特的牙槽骨形态与牙龈轮廓，尤其是在前牙美学区或复杂解剖位置。虽然CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）技术能实现一定程度的定制，但对于高度复杂的几何形状仍力不从心。
近年来，增材制造（additive manufacturing, AM）技术，特别是激光粉末床熔融（laser powder bed fusion, LPBF），为个性化基台制造带来了新希望。它能够逐层堆积金属粉末，直接制造出复杂结构的零件，实现真正的“量齿定制”。但问题也随之而来：LPBF打印的基台内部是否存在气孔、裂纹等缺陷？其微观结构能否满足口腔内长期服役的力学要求？更重要的是，若将基台设计为整体打印，其与种植体连接的螺纹部分精度难以保证，且后续加工困难。
为了解决这些难题，一项发表在《Journal of Materials Research and Technology》上的研究提出了一种巧妙的“混合制造”策略：将LPBF技术与传统的机加工钛预成形体（preform）相结合。研究人员不再整体打印基台，而是在一个预先精密加工好的钛基座上，用LPBF技术“生长”出个性化的上部结构。这样既保留了设计自由度，又确保了关键连接部位的尺寸精度。那么，这种“新旧结合”的产物，其质量究竟如何？本研究从微观结构到力学性能，对其进行了全面“体检”。
关键技术方法概览
本研究采用Trumpf TruPrint 1000 LPBF系统，配合专用牙科预成形体模块，以Ti6Al4V ELI粉末为原料，在preform基座上分别打印了前牙和后牙两种几何形状的个性化基台。研究团队运用高分辨率微计算机断层扫描（micro-CT）量化内部缺陷（孔隙率与孔径分布），利用扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和电子探针显微分析（EPMA）解析微观结构与元素分布，并通过维氏显微硬度测试评估了从LPBF区域到preform基体的力学性能梯度。
研究结果深度解析
3.1. 打印基台的物理检查
宏观CT重建显示，打印出的前牙与后牙基台几何形状与原始CAD模型高度一致，证明了LPBF工艺的良好成形能力。但在表面可见明显的层纹效应与粗糙度，这是增材制造过程的典型特征。SEM观察发现，LPBF区域与preform基体之间形成了清晰且连续的界面，在高倍镜下未观察到裂纹或分层，表明两者实现了牢固的冶金结合。尽管内部存在少量微小气孔（属LPBF常见缺陷），但界面完整性极佳。
3.2. 打印基台的孔隙率评估
Micro-CT定量分析给出了令人振奋的数据：无论是细长的前牙基台还是粗壮的后牙基台，整体孔隙率均处于极低水平（前牙约0.045%，后牙约0.019%），平均孔径在23–26微米之间。后牙基台因几何形状更利于散热与粉末铺展，孔隙率更低且分布更均匀。这一结果远低于许多工业标准对增材制造零件的孔隙率要求，证明了该混合工艺在制造高致密性牙科部件方面的可靠性。
3.3. 微观结构表征
EBSD分析揭示了从preform基体到LPBF区域的微观结构演变“三部曲”：
- 1.
Preform基体区：由等轴的α+β相晶粒组成，这是传统锻造或轧制钛合金的典型组织。
- 2.
热影响区（HAZ）：位于界面附近，经历了部分热循环，组织开始发生变化。
- 3.
LPBF区：由于激光快速熔凝的极高冷却速率，形成了细小的针状α′马氏体组织。这种组织通常硬度较高，但韧性相对较低。
EPMA元素面扫描显示，preform基体内部的钒（V）元素分布存在一定不均匀性，而在LPBF熔合区，得益于快速凝固过程，钒分布更加均匀，这有助于提升该区域的性能一致性。
3.4. 硬度分布
显微硬度测试清晰地描绘了性能梯度：LPBF区域硬度最高（约415 HV），这得益于细小的α′马氏体；preform基体硬度较低（约360 HV），对应其粗大的等轴组织；而热影响区（HAZ）的硬度介于两者之间（约370 HV）。这种梯度变化与微观结构的演变完全吻合，表明界面区域实现了平稳的力学过渡，而非脆性突变。
结论与展望：个性化修复的未来之路
本研究证实，采用“LPBF + 预成形体”的混合制造路线，能够成功制备出内部缺陷极少、微观结构致密且界面结合牢固的个性化Ti6Al4V种植体基台。该策略巧妙地规避了整体打印基台在螺纹精度和后续加工上的痛点，同时充分发挥了3D打印在复杂几何成形上的优势。
尽管打印态的表面粗糙度仍需通过后续抛光处理才能满足临床要求，且α′马氏体组织在长期服役中的疲劳行为仍需进一步研究，但这项研究无疑为个性化牙科修复体的制造提供了一条高可行性的技术路径。未来，随着工艺参数的进一步优化及生物力学测试的深入，这种“混合制造”的基台有望成为连接数字化设计与临床应用的桥梁，让每一位患者都能拥有真正“量身定制”的牙齿。
