Завдяки своїм відмінним фізичним властивостям і стійкості до інфекцій титанові сплави є основним вибором для виготовлення ортопедичних пристроїв, таких як імплантати коліна/стегна. Нещодавно дослідницька група з Агентства науки, технологій і досліджень Сінгапуру виявила, що спеціальні імплантати з кращими можливостями поглинання напруги можна надрукувати на 3D з використанням порошків титану і танталу з цікавими властивостями. До цього часу дослідники в основному використовували технологію селективного лазерного плавлення (SLM) і порошки на основі титану і алюмінію для 3D-друку біологічних прототипів. Технологія SLM зазвичай використовує потужні лазери для створення 3D-об’єктів шар за шаром на основі комп’ютерних проектних моделей. Але оскільки алюміній довгостроково негативно впливає на нервову систему людини, вчені сподіваються знайти інші матеріали для його заміни.
З цією метою Флоренсія Едіт Вірія з Сінгапурського інституту технології виробництва (SIMTech), дочірньої компанії A*STAR, і Вай Йі Єонг із Сінгапурського центру 3D-друку в Наньянському технологічному університеті запустили спільний дослідницький проект із розробки інноваційного металу. змішувати за допомогою технології SLM для 3D-друку. Друкуйте кращі титанові біомедичні продукти.
Теоретично немає абсолютно ніяких проблем зі сплавами, що складаються з елементів титану та танталу, оскільки обидва метали біосумісні, а їхні механічні властивості зумовлені чистим титаном. Але температура плавлення металевого танталу дуже висока (понад 3000 градусів за Цельсієм), що означає, що перетворювати металевий титан у сферичний металевий порошок, який можна використовувати в технології SLM, економічно недоцільно. Звичайний танталовий порошок на ринку, як правило, — це шорсткі частинки довгої форми, утворені розпиленням газу.
Щоб подолати цю проблему, дослідницька група змішала грубий металевий порошок танталу з іншим комерційно доступним мікросферичним металевим порошком титану. Після змішування двох матеріалів протягом півдня вони помітили, що суміш може бути більш рівномірною, що полегшує використання з технологією SLM. Мікроскопічні експерименти показали, що сферична форма металевого титану залишилася після змішування, що стало ключовим для успішного використання суміші в 3D-друку.
«Титановий порошок тут виступає як середовище для кочення», — пояснює Вірія. «Це виштовхує танталовий порошок і робить можливою обробку SLM». Застосовуючи схему лазерного сканування у вигляді шахової дошки, метал плавиться по черзі вгору та вниз або з одного боку на інший. З іншого боку, щоб зменшити термічний стрес, дослідники успішно використали технологію SLM для створення 3D-форм титан-танталового сплаву. Несподівано рентгенівські та інші методи візуалізації показали, що додавання металевого танталу в поєднанні зі швидким затвердінням сприяє і стабілізує утворення високоміцних шаруватих зерен титану.
Дослідники очікують, що цей титано-танталовий сплав зможе пом'якшити ефект "екранування від напруги". Так званий «ефект захисту від напруги» означає, що твердість імплантату занадто висока, а сусідні кістки не отримують достатньої механічної стимуляції, що призводить до втрати кісткової маси. Розсипне явище. «Ці сплави спеціально розроблені для ортопедичних застосувань і можуть навіть демонструвати деякі можливості пам’яті форми після деформації.
