Применение технологии 3D-печати металлом в медицинской сфере: материалы из пористых титановых сплавов

Потребность в пористых имплантатах для лечения дефектов кости является серьезной проблемой в области тканевой инженерии. Интеграция технологии 3D-печати металлом позволяет точно проектировать параметры имплантата, такие как размер пор, пористость и форма пор, что прекрасно дополняет неспособность традиционных каркасов костных имплантатов достичь этих целей. Персонализированные имплантаты, изготовленные с помощью 3D-печати металлом, обладают превосходной биосовместимостью и механическими свойствами, что значительно улучшает результаты лечения пациентов.

Титан и его сплавы появились в середине 20 века и получили широкое применение в медицине благодаря своей низкой плотности, высокой прочности, коррозионной стойкости и биосовместимости. С 1960-х годов чистый титан использовался в качестве человеческого имплантата в клинических стоматологических исследованиях.

Конечно, медицинское применение титановых сплавов имеет свои ограничения. Хотя модуль упругости титановых сплавов ниже, чем у других материалов, он все же на порядок выше, чем у кортикальной и губчатой ​​кости человека, что часто приводит к эффекту «экранирования напряжений». Проще говоря, значительная разница в модуле упругости между имплантатом и реципиентом приводит к нестабильной деформации при воздействии нагрузки. Длительное-использование может привести к остеопорозу, абляции кости и даже соскальзыванию имплантата. Кроме того, некоторые компоненты титановых сплавов биотоксичны, и длительное-использование также может вызывать патологические изменения в окружающих тканях.

Чтобы лучше смягчить эффект «защиты от стресса», необходимо разработать пористые материалы для костных имплантатов с контролируемой пористостью от 65% до 80%. Традиционные пористые материалы, производимые с использованием порошковой металлургии, суспензионных методов и методов спекания волокон, страдают от небольшого размера пор, неравномерного распределения пор и низкой сквозной-пористости. Интеграция технологии 3D-печати металлом эффективно устранила эти недостатки.

Предварительная-обработка металла для 3D-печати перед производством позволяет точно выровнять «идеальные физические параметры» пористого материала посредством корректировки данных. Кроме того, неотъемлемые преимущества 3D-печати металлом в плане индивидуальной настройки делают ее весьма практичным решением для решения проблемы биологической изменчивости между пациентами. Помимо качества, технология 3D-печати металлом, благодаря большому-формату и возможностям мульти-лазеров, также достигла нового витка прогресса в скорости формования и массовом производстве.

Что касается недостатка биотоксичности, то эта проблема была решена за счет улучшения характеристик материалов и расширения категорий продуктов. Более того, эти достижения в области материалов способствуют дальнейшему развитию 3D-печати металлами в медицине и даже других областях.

В будущем, по мере развития технологии 3D-печати металлами, 3D-напечатанные заменители титанового сплава станут персонализированной прецизионной медицинской технологией, широко используемой в ортопедии и других областях медицины, эффективно решающей многочисленные проблемы лечения.