Ученые МИСиС и Сколтеха изучили 3D-печать стоматологических инструментов

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Сколковского института науки и технологий предложили изготавливать самоадаптирующиеся файлы для очистки каналов зубов с помощью технологии 3D-печати методом селективного лазерного сплавления металлопорошковых композиций (SLM).

Нередко причиной возникновения зубной боли могут быть воспаления в корневых каналах зубов. Во избежание распространения инфекции проводится эндодонтическая операция, при которой врач очищает корневой канал и проводит дезинфекцию образовавшейся полости при помощи стоматологического файла. С помощью обычных файлов обрабатывать каналы сложной формы, например С-образной, весьма затруднительно, поэтому врачам приходилось расширять каналы за счет удаления дентина, иногда оставляя значительное количество инфицированных тканей внутри зубов. Ситуация изменилась, когда появилась система «САФ» — самоадаптирующийся файл, представляющий собой небольшую трубку, внутри которой находится плоская сеточка с повышенной гибкостью, благодаря чему файл может подстраиваться практически под любую форму канала.

Самоадаптирующиеся файлы изготавливаются лазерной резкой из никелида титана — устойчивого к коррозии материала с высокой биосовместимостью и упругостью. Этот производственный процесс характеризуется высоким объемом отходов и, таким образом, неэффективным использованием дорогого материала. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Сколковского института науки и технологий предложили изготавливать самоадаптирующиеся файлы при помощи селективного лазерного сплавления, сообщает пресс-служба МИСиС. В ряде случаев предложенная технология позволит сократить и удешевить производство: количество отходов сократится за счет возможности многократного использования порошков.

«Основная задача данного исследования — изучить возможности использования технологии для прямого лазерного выращивания специальных стоматологических инструментов. Сложность заключалась в том, что традиционные методы 3D-печати не приспособлены для производства изделий с размерным фактором менее 200-300 мкм, в то время как структурный элемент стоматологического файла меньше — порядка 100 мкм. Мы предложили свой алгоритм слайсера для 3D-печати единичными векторами, который увеличивает разрешающую способность технологии до ее физического предела, если не брать в расчет аппаратные модификации классических SLM-установок», — рассказал аспирант Сколтеха Станислав Чернышихин.

Ученые изготовили прототипы эндодонтических самоадаптирующихся файлов из никель-титанового сплава, тем самым продемонстрировав возможность производства инструментов по технологии SLM, а также произвели оптимизацию технологических параметров для достижения необходимых функциональных свойств изделий и выполнили механические испытания.

«Объект для печати разделяется на отдельные слои толщиной порядка тридцати микрон, и для каждого слоя выполняется одинаковый цикл: порошок наносится тонким слоем в зону построения, лазер сканирует данный слой, локально сплавляя порошок, а платформа построения опускается на толщину слоя. Таким образом, мы послойно наращиваем объект заданной формы. Данная технология позволяет изготавливать изделия сложной геометрии, в том числе имеющие внутреннюю пористость, и проводить печать из некоторых материалов, которые сложно обрабатывать, например никелевые суперсплавы», — пояснил научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» МИСиС Иван Пелевин.

Другим применением технологии могут стать персонифицированные сверхупругие стенты для коронарных сосудов. Как и в случае со стоматологическими файлами, стенты обладают сложной геометрией с элементами конструкции толщиной порядка 100 мкм, однако для стентов необходимы довольно глубокие исследования усталостных характеристик, биосовместимости и деградации сверхупругости.

В будущем ученые планируют расширить исследования механических свойств изделий для детального сравнения 3D-печатных изделий с файлами, полученными по классической технологии — методом лазерной резки. В ближайшее время полученные файлы будут протестированы учеными Московского государственного медико-стоматологического университета имени Евдокимова на зубных макетах.

Заявка по патенту на изобретение проходит финальную экспертизу. Исследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и программы трансляционных исследований и инноваций Сколтеха. Результаты опубликованы в журнале Materials.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.