本篇研究依托DIW浆料直写工艺开展医用可降解铁基骨植入支架开发，针对传统金属增材制造难以同步匹配人体骨骼孔隙、力学性能的行业痛点，创新引入锰微颗粒作为高温真空升华造孔剂，制备具备双层分级孔隙结构的铁基仿生支架，实现宏观结构孔隙与丝内部微孔独立调控，支架弹性模量、屈服强度可精准覆盖松质骨、皮质骨区间，解决铁材料本身刚度远高于天然骨骼带来的应力屏蔽难题，为骨科植入物3D打印提供全新可调控制备思路。

传统选区激光熔融金属打印（PBF）成型后内部细孔粉末难以清理，无法复刻骨骼多级多孔结构；常规单一DIW铁支架仅能依靠打印线条间距改变整体孔隙率，孔隙变化会同步大幅改变力学强度，无法做到孔隙、刚度分开匹配不同人体骨骼部位。本工作依托可金属浆料挤出成型的DIW设备，在墨水中混入锰颗粒，烧结阶段锰高温升华在打印丝内部生成独立微孔，两套孔隙体系互不干扰，实现结构、力学双参数自由调节。

金属生物墨水调配与DIW打印整套工艺流程

实验以聚乳酸PLA为有机粘结剂，分别配制五组不同铁锰体积比金属打印墨水，采用行星球磨完成粉体均匀分散，适配DIW挤出成型流变要求。打印设备配置290μm平滑锥形喷嘴，打印速度10mm/s、挤出压力0.3~0.6MPa，逐层堆叠成型脊柱、股骨等仿生骨骼实体结构，打印层厚220μm保证层间结合牢固。

打印生坯室温充分干燥后进入真空管式炉分段热处理：300℃热解去除高分子粘结剂，1150℃、3Pa真空环境同步完成铁颗粒烧结、锰颗粒升华去除，锰消失后在单根打印丝内部形成大量独立微孔，线条间隙保留宏观连通结构孔隙，最终得到层级双孔铁骨支架。整套成型流程全部依托DIW挤出成型完成复杂仿生外形制备，无需激光高温熔融，设备成本更低、操作安全性更高。

锰含量对支架尺寸、宏观形貌的影响规律

实验设置Fe、Fe9Mn1、Fe7Mn3、Fe5Mn5、Fe3Mn7五组配比墨水，通过DIW统一打印相同网格结构，烧结后观测整体收缩与质量变化。锰添加量越高，真空升华后体积收缩越明显，三维长宽收缩比例均匀无扭曲变形，可通过前期数字模型尺寸补偿抵消收缩量。质量测试结果显示，高锰组分烧结后残留微量锰合金相，但含量极低，符合生物医用无细胞毒性要求，不会影响植入后骨组织再生效果。

支架微观组织、物相与丝内孔隙调控特征

SEM、EDS、XRD表征结果证明，锰颗粒在烧结过程几乎完全升华，仅微量均匀固溶在铁基体中，无独立锰晶相析出；未添加锰的纯铁打印丝内部仅存在少量烧结间隙微孔，随锰体积占比提升，丝内微孔数量、孔径同步增加，丝内孔隙率可在5.3%~51.7%区间大范围调节，且孔隙均匀分布在挤出线条内部，不会破坏线条间连通宏观孔道。

宏观结构孔隙由打印路径间距直接控制，丝内微孔由墨水中锰添加量独立调控，两套孔隙参数互不耦合，打破传统工艺孔隙-力学性能绑定限制，能够针对不同年龄段、人体不同骨骼部位定制匹配植入支架。

分级多孔支架力学性能独立调控效果

压缩力学测试显示，支架弹性模量、屈服强度随丝内孔隙提升同步下降，可实现0.03~4.27GPa模量、0.4~38.2MPa屈服强度宽区间调节，同时结构孔隙可单独设置10%/50%/70%三档区间，完整覆盖人体松质骨（模量0.02~0.45GPa）与皮质骨（4~29GPa）力学范围。

对比现有文献单一孔隙调控铁支架，本DIW分级造孔方案可调区间扩大数倍，可同步满足骨骼营养输送连通大孔、适配骨骼刚度微孔双重需求，大幅降低植入后应力屏蔽、骨吸收、支架松动等临床问题，在骨科创伤修复、可降解植入器械领域具备落地价值。

工艺科研应用价值

第一，依托DIW浆料直写常温挤出成型优势，可制备任意复杂仿生骨骼外形，无需金属激光打印昂贵设备，实验室门槛更低；

第二，创新锰真空升华分级造孔技术，宏观、丝内孔隙两套参数独立可控，完美匹配不同人体骨骼力学与孔道需求；

第三，成型铁基材料生物可降解，术后无需二次手术取出植入体，降低患者治疗痛苦；

第四，金属生物墨水配方可调，可拓展钙硅、羟基磷灰石生物陶瓷复合改性体系，适配各类骨再生功能支架研发。