В стоматологии есть очень важный инструмент — стоматологический файл. Он применяется для эндодонтического лечения зубов, то есть очистки корневого канала от инфекции, удаления нервной ткани, дезинфекции образовавшейся полости. Еще совсем недавно стоматологические файлы не позволяли обрабатывать каналы неправильной формы, и врачам приходилось расширять канал за счет удаления дентина. Особую трудность представляли каналы С-образной формы.
Все изменилось в 2000-е годы, когда компания ReDent Nova выпустила первые self-adjusting files (SAF, самоадаптирующиеся файлы). Сделаны они из никелида титана, или нитинола (сплав никеля и титана),— сверхупругого, устойчивого к коррозии материала, обладающего к тому же превосходной биосовместимостью. «Изготавливают SAF лазерной резкой,— рассказывает один из авторов метода 3D-печати стоматологических файлов Станислав Чернышихин, аспирант центра технологий материалов “Сколтеха”.— Лазер — инструмент исключительно точный, с его помощью можно вырезать мелкие детали с высокой детализацией. Стоматологический файл представляет собой тончайшую сетку. Однако есть одна проблема: вырезают SAF из заготовки в форме полой трубочки, и в результате получается довольно много отходов (около 70%). При такой технологии дорогой материал используется очень неэффективно. Поэтому возникла идея применить аддитивный метод, то есть не удалять материал, а, наоборот, послойно его наращивать».
Для изготовления файлов ученые «Сколтеха» использовали технологию селективного лазерного плавления (СЛП) высокого разрешения, которая предполагает сплавление мелкодисперсного порошкового материала при помощи лазера. «Наша установка работает по классической схеме. Используются три емкости, или бункера,— объясняет Станислав Чернышихин.— В первой находится порошок, из которого мы будем печатать. Во второй — подложка, или, грубо говоря, материал, к которому мы будем приплавлять новые слои нашего изделия в ходе печати. Третий бункер служит для сбора излишков порошка. Как устроен процесс? Из бункера дозирования немного порошка поднимается вверх. Порошок разравнивается на подложке, излишки удаляются в третий бункер. Затем лазер сканирует зоны, которые нужно сплавить на подложке,— и первый слой готов. Цикл повторяется слой за слоем, пока изделие не будет полностью готово».
«Идея использования СЛП-технологии для печати файлов является абсолютно новой,— продолжает специалист,— а все потому, что традиционная 3D-печать не приспособлена для создания изделий с размерным фактором менее 300 мкм. Стоматологический файл намного меньше. Его диаметр всего 2 мм, а размер перемычки в сетке — не более 100 мкм, то есть два человеческих волоса! При подготовке задания на печать (слайсинг) берется 3D-модель, разделяется на слои, и в каждом слое появляется зона, которую необходимо заштриховать лазером. Мы предложили алгоритм, который разбивает модель не на зоны, а на единичные векторы. То есть вместо генерации зоны для сплавления генерируется всего один лазерный проход, и вместо зоны сплавления у нас получается всего одна линия. Таким образом мы увеличиваем разрешающую способность технологии фактически до ее физического предела (размера ванны расплава). И так, линиями, мы при помощи лазера сплавляем изделие. Оставшийся порошок, очень дорогой, можно многократно использовать, так что в ходе производства практически не остается отходов. Наш метод позволяет снизить себестоимость инструмента на 30% по сравнению с зарубежным аналогом».
Еще одно преимущество метода, разработанного в «Сколтехе»,— возможность свободно изменять геометрию инструмента в зависимости от задач, что при лазерной резке совершенно исключено, поскольку там все ограничено формой заготовки. Кроме того, такие файлы в России пока не производятся, а стоимость зарубежных в последнее время выросла в два-три раза. «Представляете, несколько граммов металла стоят десятки тысяч рублей! — подчеркивает Станислав Чернышихин.— А значит, есть прямая и острая необходимость в импортозамещении этого очень востребованного инструмента. Наш метод универсальный, его легко масштабировать. Для развития производства мы в ближайшее время планируем зарегистрировать стартап».
Исследования проводились при поддержке фонда РФФИ и Программы трансляционных исследований и инноваций «Сколтеха». Авторы метода уже направили заявку на получение патента в Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС). В престижном международном журнале готовится публикация, посвященная новой технологии 3D-печати эндодонтических файлов.
Все материалы Коммерсантъ www.kommersant.ru