Материаловеды Томского государственного университета освоили новые технологии, которые позволят значительно ускорить процесс производства металлических имплантов и делать это с меньшим количеством брака. Инструментом для 3D-выращивания конструкций из никелида титана станет лазер. Внедрение этой технологии в область изготовление имплантов позволит российским ученым быстро их персонализировать, используя снимки компьютерной томографии пациентов.
– Сейчас традиционный способ изготовления пористых металлических имплантов выглядит следующим образом: берется заготовка, к примеру, из порошка никелида титана. Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают болванку, которую затем обрабатывают, – рассказывает сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Александр Гарин. – В результате после обработки остается много лишнего материала и это занимает довольно много времени. Материаловеды ТГУ планируют применять для изготовления имплантов технологию прямого лазерного выращивания (ПЛВ).
Сейчас такая технология используется в авиации , автомобилестроении, энергетике и других отраслях промышленности. 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 сниженным весом.
Ученые ТГУ переняли опыт использования ПЛВ у коллег из Института лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. На базе института прошла стажировка ученого лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ Александра Гарина: он освоил работу на специализированном оборудовании – установке ИЛИСТ 2XL. Наряду с этим получен опыт использования программ PowerMill и PowerShape, которые применяются для моделирования, симуляции и создания управляющих программ для оборудования прямого лазерного выращивания.
– ПЛВ использует лазерный луч для создания трехмерных объектов путем наплавления порошкового материала слой за слоем, – объясняет Александр Гарин. – Мы считаем, что такое оборудование, как ИЛИСТ 2XL, может подойти для печати имплантов, 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.
Процесс работы лазера
Добавим, что в настоящее время ученые лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов ТГУ – в числе лидеров по изготовлению новых конструкций имплантов для закрытия дефектов костных и мягких тканей (кожи, мышц, стенки кровеносных сосудов, сухожилий, связок, внутренних органов). В рамках проекта, поддержанного РНФ, материаловеды ТГУ разработали новую технологию получения биопокрытий с композиционным составом, являющимся основой человеческой кости. Изобретение снижает риск возникновения послеоперационных осложнений и существенно сокращает сроки интеграции имплантов из никелида титана при замене костной ткани.
Фото: из архива ученого ТГУ Александра Гарина