Исследователи доказали эффективность титаново-танталового сплава для 3D-печатных имплантатов

Сплавы из титана или тантала особенно ценны в медицинской промышленности, особенно если дело касается 3D-печати индивидуальных имплантатов. Группа исследователей из Сингапурского института технологии производства (Singapore Institute of Manufacturing Technology или SIMTech) и Сингапурского центра 3D-печати (Singapore Centre for 3D Printing или SC3DP) при Наньянском технологическом университете решила изучить их полезные свойства и нашла способ соединить порошки этих металлов, получив в результате уникальный по своим свойствами материал для 3D-печати.

Исследователи использовали технологию селективного лазерного плавления, при которой мощные лазеры по CAD-данным слой за слоем сплавляют металлический порошок в единое целое. В свое время в ходе совместной работы Флоренсия Эдит Вириа из SIMTech и Вай Йи Йонг из SC3DP уже доказали, что биомедицинские прототипы можно делать из титаново-алюминиевого порошка. Однако алюминий способен оказывать длительное негативное влияние на неврологию человека. Но вот внимание исследователей привлек тантал, и они попробовали получить материал для 3D-печати, смешав в равных частях порошок сплавов из тантала и титана.Сочетание этих сплавов идеально подходит для изготовления имплантатов, благодаря их биосовместимости и механической прочности. На самом деле тантал – это уникальный материал. Это редкий серо-голубой металл с чрезвычайно высокой температурой плавления более 3000 °С. По этой причине его крайне дорого и сложно преобразовать в тонкодисперсные микросферы, подходящие для селективного лазерного плавления. Но смешав необработанный порошок тантала с микросферами титана исследователям удалось-таки запустить процесс 3D-печати и сохранить сферическую форму сплава, чрезвычайно необходимую для успешной реализации проекта.

«Титановый порошок выступил в роли посредника, - объясняет Вриа. – Он перемешался с порошком тантала, и тогда процесс селективного лазерного плавления стал возможным».

Чтобы изготовить титаново-танталовые прототипы, исследователям пришлось снизить тепловую нагрузку, применив метод лазерного сканирования в шахматном порядке. У исследователей получился не просто еще один материал для 3D-печати. Выяснилось, что включение в смесь тантала ускорило и стабилизировало образование титановых гранул.

«Эти сплавы – идеальное решение для ортопедических имплантатов. У них даже есть способность к запоминанию формы после деформации», - утверждает Йонг.

Команда исследователей считает, что титаново-танталовый сплав может смягчить «адаптивную перестройку», которая часто начинается в том случае, если имплантат получился слишком эластичным, и на окружающие кости оказывается чрезмерная нагрузка. Исследование «Селективное лазерное плавление титанового сплава с 50%-ным добавлением тантала: микроструктура и механические свойства» было опубликовано в журнале Journal of Alloys and Compounds 5 марта 2016 года.

Источник