Найти тему

Ученые ТГУ будут выращивать металлические импланты с помощью лазера

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).

Процесс прямого лазерного выращивания детали
Процесс прямого лазерного выращивания детали

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.

Процесс обучения в программе PowerMill
Процесс обучения в программе PowerMill

– 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

-3