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? ? ? ?為進一步規范增材制造金屬植入物理化性能均一性研究的管理，國家藥監局器審中心組織制定了《增材制造金屬植入物理化性能均一性研究指導原則》，現予發布。
特此通告。
? ? ? ?附件：增材制造金屬植入物理化性能均一性研究指導原則
國家藥品監督管理局
醫療器械技術審評中心
2022年2月28日
增材制造金屬植入物理化性能均一性研究
指導原則?
增材制造（也稱三維打印、3D打印）是一個涉及多物理場相互耦合作用的制造過程，其制造產品的質量穩定性受較為復雜且繁多的因素所影響。增材制造金屬植入物理化性能均一性是指經增材工藝（包括熱處理、表面處理）制造的金屬植入物產品（以下簡稱“植入物”）打印質量的一致性，主要體現于植入物在成形室的不同位置、不同成形方向、同一工藝參數下同批次內、不同批次間生產的產品間，以及產品質量與設計預期間的一致性，以下簡稱質量均一性。為指導注冊申請人對增材制造金屬植入物的質量均一性更好地進行風險識別和控制，同時為審評機構對注冊申報資料的技術審評提供參考，助力該類產品的創新發展，特制定本指導原則。
本指導原則是對增材制造金屬植入物注冊申報時產品質量均一性的一般要求，不對其具有約束性，注冊申請人需依據具體產品的特性（如實體、多孔、表面質量、特定結構等）和臨床實際使用情況確定本指導原則各項要求的適用性，并針對產品特性充分考慮最差情形、可接受的偏差范圍進一步充實和細化注冊申報資料的相關內容。
本指導原則是對注冊申請人和技術審評人員的指導性文件，但不包括注冊審批所涉及的行政事項，亦不作為法規強制執行。如果有能夠滿足相關法規要求的其他方法，也可以采用，但是需要提供詳細的研究資料和驗證資料。需在遵循相關法規和標準的前提下使用本指導原則。
本指導原則是在現行法規和標準體系以及當前認知水平下制定的，隨著法規和標準的不斷完善，以及科學技術的不斷發展，本指導原則相關內容也將進行適時的調整。
本指導原則適用于采用粉末床熔融工藝，包括選區激光熔融（SLM）、電子束熔化（EBM）制造的用于患者匹配醫療器械的金屬植入物。其他增材制造工藝和定制式醫療器械不屬于本指導原則范圍，但相關產品或情形可參照本指導原則的適用部分。
質量均一是為了確保在同一增材制造工藝參數下，植入物產品間及產品與設計預期的質量差異在可接受的偏差范圍內。注冊申請人需明確所評價或對比產品的典型性、一致性（如在成形室的不同位置、不同方向、不同批次等），并確定可接受的偏差范圍。
在性能研究中，注冊申請人需對產品在化學成分、幾何結構、顯微組織、力學性能等方面的一致性進行評價或對比。具體包含：化學成分、尺寸、多孔結構、內部質量（缺陷、金屬粉末殘留等）、顯微組織、表面質量（表面缺陷、表面粗糙度）、動靜態力學性能（剪切性能、壓縮性能、拉伸性能、彎曲性能、扭轉性能）、耐腐蝕性和金屬離子析出等。
注：增材制造金屬植入物在進行質量均一性評價時，成形方向和位置的描述可參考ISO/ASTM 52921中的規定，并在各研究中詳細記錄試樣成形位置、成形方向以及取樣方向等信息。
（一）化學成分
提供植入物化學成分信息及符合的國家標準、行業標準、國際標準（如有相關標準），提供由相關標準推薦方法進行的化學成分測試結果。對于無適用標準產品，還需提供化學成分含量接受限制定依據并開展化學成分檢測方法學研究和驗證。產品間化學成分的波動需在可接受的質控范圍內。
（二）尺寸
明確植入物的尺寸，用通用量具、專用檢具或測量儀器檢測，不同產品均需符合相應的設計尺寸及公差要求。
（三）多孔結構
評價植入物的多孔結構特征，如孔單元形態、孔徑大小及分布、絲徑、孔隙率、平均孔隙截距、孔隙梯度、內部連通性等，不同產品均需符合質控要求。
（四）內部質量
采用合適的方法進行內部質量（缺陷、金屬粉末殘留等）的檢測，并記錄樣品成形方向及擺放位置，不同產品的測試結果均需符合質控要求。
（五）顯微組織
明確植入物顯微組織特征（適用于含有全致密實體結構的植入物）。需明確樣品在熱處理等工藝過程與植入物產品實現過程的一致性。取樣時，需從相應產品或隨爐樣上取樣，記錄試樣成形位置、成形方向，以及取樣方向，取樣觀察面需至少包含沿成形方向面和垂直成形方向面，不同觀察面的差異需在明確的可接受范圍內。
（六）表面質量
需明確植入物表面為非機加工還是機加工表面（不包括內表面），對有質量不均一風險的表面予以臨床可接受性評價，確保差異在可接受質控范圍內。
（七）表面粗糙度
需明確植入物實體外表面部分的表面粗糙度，測試結果需符合設計要求和臨床需求。
（八）力學性能
需對植入物的力學性能進行評價，包括動靜態力學性能（剪切性能、壓縮性能、拉伸性能、彎曲性能、扭轉性能等），注冊申請人可根據植入物特性選擇測試項目開展檢測和研究，測試項目需覆蓋臨床需求。測試結果需符合所制定的可接受標準，同時需明確該接受標準的臨床可接受性。取樣時需考慮選取不同方向及位置的測試樣品進行測試對比，闡述不同方向及位置力學性能的差異。
上述性能指標測試時可在植入物上直接取樣，也可采用同爐批次樣塊、可代表植入物的打印試樣等替代植入物開展檢測，闡述選擇樣塊/試樣與植入物的一致性，檢測樣塊需可代表植入物化學成分、多孔結構等方面特征。對需經表面處理、熱處理等工藝的植入物，需選擇與其工藝一致的樣塊進行檢測。
（九）耐腐蝕性和金屬離子析出
植入物的表面形貌、物相組成與成形方向相關，從而導致耐腐蝕性存在差異，因此需對植入物的耐腐蝕性和金屬離子析出的可能性及行為進行研究，不同擺放情形均需滿足臨床可接受性。
在性能研究中，注冊申請人需對增材制造所使用的軟件、設備、粉末原材料、增材制造工藝及后處理工藝、人員等方面可能造成質量不均一的典型要素進行闡述，說明影響因素、可能的風險、質控指標等。注冊申請人需明確經驗證的數值可波動范圍及臨床可接受性。此部分研究需結合本指導原則第二部分的要求開展。
（一）植入物質量均一性工藝要求相關要素
1.軟件
增材制造所使用的模型文件需符合GB/T 35352的要求，需對三維設計軟件輸出的模型文件進行驗證，包括不同軟件輸出模型的一致性（如適用）以及輸出模型文件與增材制造設備之間的兼容性，確保輸出模型數據的正確性、完整性和可重復性，需明確所使用軟件名稱和版本號。對軟件更新或升級的情況，必要時進行再次確認。
2.設備
需明確增材制造過程及熱處理、表面處理所使用的設備，并建立完善的設備安裝確認、操作確認、性能確認等制度，確保符合要求的設備在規定的的環境中被正確地使用。定期對設備的控制程序進行驗證，闡述控制程序的驗證方法，避免由控制程序的錯誤而引起的不良后果。若設備的控制程序更新或升級，需及時確認。需闡述不同設備（如適用）使用同一工藝參數進行制造產品質量之間的差異性，并明確差異的控制方法和臨床可接受性。
3.粉末原材料
粉末作為產品成形的原材料，其特性直接影響產品的各項性能。需提供詳細的材質單，包括粉末成分、粒度、粒徑分布、球形度、松裝密度、振實密度、流動性等，并需明確其所符合的標準（如適用）。若原材料外購，需明確原材料供應商并附其資質證明文件、供銷關系證明文件（如供銷協議）、質量標準及驗證報告。注冊申請人需對粉末可回收次數、新舊粉末混合比例（如適用）等進行規定，并提供同批次粉末連續使用以及不同批次粉末對打印過程和產品質量均一性影響的驗證資料。
（二）植入物質量均一性相關工藝參數要求
1.增材制造工藝參數
根據選用的增材制造工藝并結合植入物性能要求，明確增材制造工藝參數，并對工藝參數進行驗證，評估使用該參數制造的產品性滿足預期性能要求情況，并驗證增制造工藝的穩定性。如果工藝參數發生變化，需論證相關性能不低于原有要求。
研究下列參數對植入物質量均一性的影響，包括植入物在打印空間中的能量源功率密度、放置位置、成形方向、打印層厚、放置間距，以及打印支撐物的位置、類型和數量等，并考慮多批次連續/不連續加工對工藝穩定性的影響。
2.后處理工藝參數
因增材制造的成形原理與傳統的機加工成形原理不同，導致其生產的產品性能受到一定影響，例如：極高的冷卻速度使Ti-6Al-4V中生成了小晶團尺寸的針狀α'結構，這延遲了塑性變形的開始，從而造成了Ti-6Al-4V的高強度和較低的延展性，需通過熱處理工藝來優化金相結構，使其具備更好的力學性能。增材制造產品需要熱處理提升機械性能或解決制造缺陷的情況下，熱處理工藝作為特殊工藝，注冊申請人需結合自身產品的性能要求，選擇合適方法并進行驗證。后處理還可能包括機加工、熱等靜壓、支撐物或殘留粉末的去除、清洗及表面處理等。需評估后處理工藝對植入物質量均一性的影響，并制定相應的質量控制方法和流程。
? ? ? ?四、參考文獻
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