? ? ? ?為進一步規(guī)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(jiān)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(dǎo)原則》，現(xiàn)予發(fā)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(dǎo)原則

國家藥品監(jiān)督管理局

醫(yī)療器械技術(shù)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(dǎo)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(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性受較為復(fù)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(jīng)增材工藝（包括熱處理、表面處理）制造的金屬植入物產(chǎn)品（以下簡稱“植入物”）打印質(zhì)量的一致性，主要體現(xiàn)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(shù)下同批次內(nèi)、不同批次間生產(chǎn)的產(chǎn)品間，以及產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)計預(yù)期間的一致性，以下簡稱質(zhì)量均一性。為指導(dǎo)注冊申請人對增材制造金屬植入物的質(zhì)量均一性更好地進行風(fēng)險識別和控制，同時為審評機構(gòu)對注冊申報資料的技術(shù)審評提供參考，助力該類產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展，特制定本指導(dǎo)原則。

本指導(dǎo)原則是對增材制造金屬植入物注冊申報時產(chǎn)品質(zhì)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(jù)具體產(chǎn)品的特性（如實體、多孔、表面質(zhì)量、特定結(jié)構(gòu)等）和臨床實際使用情況確定本指導(dǎo)原則各項要求的適用性，并針對產(chǎn)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(guān)內(nèi)容。

本指導(dǎo)原則是對注冊申請人和技術(shù)審評人員的指導(dǎo)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(guī)強制執(zhí)行。如果有能夠滿足相關(guān)法規(guī)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(guān)法規(guī)和標(biāo)準的前提下使用本指導(dǎo)原則。

本指導(dǎo)原則是在現(xiàn)行法規(guī)和標(biāo)準體系以及當(dāng)前認知水平下制定的，隨著法規(guī)和標(biāo)準的不斷完善，以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，本指導(dǎo)原則相關(guān)內(nèi)容也將進行適時的調(diào)整。

一、適用范圍

本指導(dǎo)原則適用于采用粉末床熔融工藝，包括選區(qū)激光熔融（SLM）、電子束熔化（EBM）制造的用于患者匹配醫(yī)療器械的金屬植入物。其他增材制造工藝和定制式醫(yī)療器械不屬于本指導(dǎo)原則范圍，但相關(guān)產(chǎn)品或情形可參照本指導(dǎo)原則的適用部分。

二、質(zhì)量均一性的基本要求

質(zhì)量均一是為了確保在同一增材制造工藝參數(shù)下，植入物產(chǎn)品間及產(chǎn)品與設(shè)計預(yù)期的質(zhì)量差異在可接受的偏差范圍內(nèi)。注冊申請人需明確所評價或?qū)Ρ犬a(chǎn)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(chǎn)品在化學(xué)成分、幾何結(jié)構(gòu)、顯微組織、力學(xué)性能等方面的一致性進行評價或?qū)Ρ取＞唧w包含：化學(xué)成分、尺寸、多孔結(jié)構(gòu)、內(nèi)部質(zhì)量（缺陷、金屬粉末殘留等）、顯微組織、表面質(zhì)量（表面缺陷、表面粗糙度）、動靜態(tài)力學(xué)性能（剪切性能、壓縮性能、拉伸性能、彎曲性能、扭轉(zhuǎn)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(zhì)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(guī)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(xué)成分

提供植入物化學(xué)成分信息及符合的國家標(biāo)準、行業(yè)標(biāo)準、國際標(biāo)準（如有相關(guān)標(biāo)準），提供由相關(guān)標(biāo)準推薦方法進行的化學(xué)成分測試結(jié)果。對于無適用標(biāo)準產(chǎn)品，還需提供化學(xué)成分含量接受限制定依據(jù)并開展化學(xué)成分檢測方法學(xué)研究和驗證。產(chǎn)品間化學(xué)成分的波動需在可接受的質(zhì)控范圍內(nèi)。

（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(chǎn)品均需符合相應(yīng)的設(shè)計尺寸及公差要求。

（三）多孔結(jié)構(gòu)

評價植入物的多孔結(jié)構(gòu)特征，如孔單元形態(tài)、孔徑大小及分布、絲徑、孔隙率、平均孔隙截距、孔隙梯度、內(nèi)部連通性等，不同產(chǎn)品均需符合質(zhì)控要求。

（四）內(nèi)部質(zhì)量

采用合適的方法進行內(nèi)部質(zhì)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(chǎn)品的測試結(jié)果均需符合質(zhì)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(jié)構(gòu)的植入物）。需明確樣品在熱處理等工藝過程與植入物產(chǎn)品實現(xiàn)過程的一致性。取樣時，需從相應(yīng)產(chǎn)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(nèi)。

（六）表面質(zhì)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(nèi)表面），對有質(zhì)量不均一風(fēng)險的表面予以臨床可接受性評價，確保差異在可接受質(zhì)控范圍內(nèi)。

（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(jié)果需符合設(shè)計要求和臨床需求。

（八）力學(xué)性能

需對植入物的力學(xué)性能進行評價，包括動靜態(tài)力學(xué)性能（剪切性能、壓縮性能、拉伸性能、彎曲性能、扭轉(zhuǎn)性能等），注冊申請人可根據(jù)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(jié)果需符合所制定的可接受標(biāo)準，同時需明確該接受標(biāo)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(xué)性能的差異。

上述性能指標(biāo)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(xué)成分、多孔結(jié)構(gòu)等方面特征。對需經(jīng)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(guān)，從而導(dǎo)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。

三、質(zhì)量均一性的工藝要求

在性能研究中，注冊申請人需對增材制造所使用的軟件、設(shè)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(zhì)量不均一的典型要素進行闡述，說明影響因素、可能的風(fēng)險、質(zhì)控指標(biāo)等。注冊申請人需明確經(jīng)驗證的數(shù)值可波動范圍及臨床可接受性。此部分研究需結(jié)合本指導(dǎo)原則第二部分的要求開展。

（一）植入物質(zhì)量均一性工藝要求相關(guān)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(shè)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(shè)備之間的兼容性，確保輸出模型數(shù)據(jù)的正確性、完整性和可重復(fù)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(shè)備

需明確增材制造過程及熱處理、表面處理所使用的設(shè)備，并建立完善的設(shè)備安裝確認、操作確認、性能確認等制度，確保符合要求的設(shè)備在規(guī)定的的環(huán)境中被正確地使用。定期對設(shè)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(shè)備的控制程序更新或升級，需及時確認。需闡述不同設(shè)備（如適用）使用同一工藝參數(shù)進行制造產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品成形的原材料，其特性直接影響產(chǎn)品的各項性能。需提供詳細的材質(zhì)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(biāo)準（如適用）。若原材料外購，需明確原材料供應(yīng)商并附其資質(zhì)證明文件、供銷關(guān)系證明文件（如供銷協(xié)議）、質(zhì)量標(biāo)準及驗證報告。注冊申請人需對粉末可回收次數(shù)、新舊粉末混合比例（如適用）等進行規(guī)定，并提供同批次粉末連續(xù)使用以及不同批次粉末對打印過程和產(chǎn)品質(zhì)量均一性影響的驗證資料。

（二）植入物質(zhì)量均一性相關(guān)工藝參數(shù)要求

1.增材制造工藝參數(shù)

根據(jù)選用的增材制造工藝并結(jié)合植入物性能要求，明確增材制造工藝參數(shù)，并對工藝參數(shù)進行驗證，評估使用該參數(shù)制造的產(chǎn)品性滿足預(yù)期性能要求情況，并驗證增制造工藝的穩(wěn)定性。如果工藝參數(shù)發(fā)生變化，需論證相關(guān)性能不低于原有要求。

研究下列參數(shù)對植入物質(zhì)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(shù)量等，并考慮多批次連續(xù)/不連續(xù)加工對工藝穩(wěn)定性的影響。

2.后處理工藝參數(shù)

因增材制造的成形原理與傳統(tǒng)的機加工成形原理不同，導(dǎo)致其生產(chǎn)的產(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(yōu)化金相結(jié)構(gòu)，使其具備更好的力學(xué)性能。增材制造產(chǎn)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(jié)合自身產(chǎn)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(zhì)量均一性的影響，并制定相應(yīng)的質(zhì)量控制方法和流程。

? ? ? ?四、參考文獻

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