3D-prinditud titaanisulamite biomeditsiinilised rakendused

Ortopeediliste biomaterjalide kasutamine on viimastel aastatel dramaatiliselt suurenenud, kuna elanikkond vananeb ja patsiendid soovivad säilitada sama aktiivsuse taset ja elukvaliteeti. Kliiniliste ortopeediliste biomaterjalide tohutu nõudluse tõttu on luukoe inseneriteadus kiiresti arenenud ning uuritud ja disainitud on mitmesuguseid ortopeedilisi biomaterjale. Fe- ja magneesiumipõhiseid biomaterjale kasutatakse laialdaselt 3D-tehnoloogia abil. Titaanipõhistel biomaterjalidel on kõrge tugevus, madal erimoodul ja parem biosobivus kui Fe- ja magneesiumipõhistel biomaterjalidel ning neil on ortopeediliste biomaterjalide seas konkurentsieelis ja ainulaadne eelis.

3D-prinditud titaanil põhinevaid biomaterjale saab kohandada vastavalt individuaalsetele vajadustele, mis võimaldab lisaks keerukate struktuuride valmistamisele ka võrreldamatuid eeliseid kulude, tootmistsükli aja ja isikupärastamise osas, võimaldades tehnoloogia olulist arendamist ortopeediliste, hambaravi- ja kardiovaskulaarsete rakenduste jaoks. Siiski seisab tehnoloogia silmitsi paljude väljakutsetega, näiteks kuidas tasakaalustada poorse luukasvu ja mehaaniliste omaduste suhet, lisandite tootmistehnoloogia valikut ja parameetrite optimeerimist.

3D-prinditud titaanisulamite tehnoloogia analüüs ja kokkuvõte on viinud järgmiste järeldusteni.

(1) Erinevad 3D-printimise tehnoloogiad erinevad termilise skaneerimise kiiruse, toiteallika võimsuse ja sadestamiskiiruse poolest. Võrreldes tavapäraste protsessidega on 3D-printimise ettevalmistusprotsessidele iseloomulik kiire kuumenemine ja jahtumine ning kvaliteetsete ja usaldusväärsete osade saamiseks on vaja protsessi parameetreid täpselt kontrollida;

(2) Luukoe topoloogiat klassifitseeritakse ja kirjeldatakse ning tuuakse välja, et üks viis jäikuse vähendamiseks on poorsete luuasendajate topoloogia mõistlik optimeerimine, vähendades seeläbi luuasendaja ja peremeesluu jäikuse erinevust ning leevendades seeläbi pingekaitse probleemi.

(3) Analüüsitakse kiire kuumutamise ja jahutamise omaduste mõju titaanisulamite koe arengule ning mehaaniliste omaduste parandamist saab saavutada kahefaasilise koostise ja koe morfoloogia kohandamise abil;

(4) Esile tõstetakse poorsete titaanisulamite biosobivust ja osseointegratsiooni võimet pärast implanteerimist;

(5) 3D-prinditud metalle saab paremini arendada ainult võimsate digitaalsete tööriistade, näiteks masinmodelleerimise ja masinõppe, arendamise kaudu koos metallurgiaalaste teadmistebaasidega.