Ученые ТГУ опробуют 3D-печать имплантатов методом прямого лазерного выращивания

Материаловеды Томского государственного университета освоили технологию 3D-печати методом прямого лазерного выращивания и намереваются применить полученные знания в производстве индивидуальных имплантатов из никелида титана на основе снимков компьютерной томографии, сообщает пресс-служба вуза.

«Сейчас традиционный способ изготовления пористых металлических имплантатов выглядит следующим образом: берется заготовка, к примеру, из порошка никелида титана. Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают болванку, которую затем обрабатывают. В результате после обработки остается много лишнего материала, и это занимает довольно много времени. Материаловеды ТГУ планируют применять для изготовления имплантатов технологию прямого лазерного выращивания», — рассказал сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Александр Гарин.

Прямое лазерное выращивание (ПЛВ, LMD) — одна из разновидностей в семействе технологий 3D-печати методом прямого подвода энергии и материалов (DED). Сейчас такая технология используется в авиа- и автомобилестроении, энергетике и других промышленных отраслях. Метод имеет ряд преимуществ перед традиционными способами производства. Во-первых, ПЛВ позволяет создавать сложные геометрические формы, которые сложно или невозможно выполнить с помощью обычных методов, таких как фрезерование или токарная обработка. Во-вторых, аддитивное производство сокращает количество отходов, поскольку используется только тот материал, который необходим для создания объекта. В-третьих, благодаря возможности создания объектов со сложными внутренними структурами можно получать детали с улучшенными механическими характеристиками и меньшей массой.

Обычно в аддитивном производстве металлических имплантатов используются технологии селективного лазерного или электронно-лучевого спекания и сплавления (DMLS, SLM, EBM), где последовательно укладываемые в емкость слои порошка обрабатываются излучателями. Ученые ТГУ намереваются опробовать прямое лазерное выращивание — метод, предусматривающий подачу металлического порошка струей инертного газа в зону плавления, нагреваемую лазерными излучателями. Системы подачи и лазеры в таких 3D-принтерах устанавливаются на многоосевые роботы-манипуляторы, позволяя наращивать материалы на заготовках с разных сторон.

В России разработкой и производством аддитивных систем по технологии прямого лазерного выращивания занимается Институт лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. На базе института прошла стажировка ученого лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Александра Гарина, освоившего работу на установке «ИЛИСТ-2XL». Наряду с этим получен опыт использования программ PowerMill и PowerShape, которые применяются для моделирования, симуляции и создания управляющих программ.

Аддитивная система «ИЛИСТ-ХL» на производственной площадке ПАО «ОДК-Кузнецов»

«ПЛВ использует лазерный луч для создания трехмерных объектов путем наплавления порошкового материала слой за слоем. Мы считаем, что такое оборудование, как «ИЛИСТ-2XL», может подойти для печати имплантатов, причем это будет делаться быстро и под индивидуальные особенности пациента. Мы надеемся, что объединив наши знания в области порошковой металлургии с опытом и знаниями в области аддитивных технологий, сможем вывести нашу технологию уже на широкий рынок», — пояснил Александр Гарин.

В ноябре 2020 года Министерство науки и высшего образования РФ сообщило, что ученые ТГУ запатентовали способ получения материала на основе никелида титана с эффектом памяти формы и регулируемой пористостью. Материал рассчитан на применение в производстве имплантатов и способен изменять форму на 6-7% без остаточной деформации, то есть полностью возвращать исходную форму после растяжения или сжатия.

«Традиционные материалы для имплантатов, такие как титан, тантал, нержавеющая сталь, не способны проявлять гистерезисное формоизменение под действием нагрузки. Из них делают высокопрочные спицы, штифты, пластины, чтобы под действием нагрузок в организме человека они не изменили свою форму. Получается, что создаются статичные условия для работы в организме человека, в котором все вокруг находится в движении, а наш материал «живет» вместе с организмом», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы Сибирского физико-технического института ТГУ Сергей Аникеев.

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.