В настоящее время 3D-печать широко используется в ветеринарии – она улучшает результаты лечения и ухода за животными. С помощью 3D-технологий изготавливают высокоточные протезы и импланты, что позволяет животным сохранять конечности и вести активный образ жизни. Одной из проблем, которая возникает в случае 3D-печати металлических имплантов, является неудовлетворительная шероховатость поверхности устройства. Методика, предложенная учеными ЛЭТИ, поможет повысить качество напечатанных на 3D-принтере металлических имплантов для животных.
Импланты для животных
Импланты – это устройства, которые внедряются в живые организмы для восстановления или замены поврежденных или отсутствующих тканей или органов – зубов, костей, суставов, мышц и прочего. Причем на сегодняшнем этапе развития медицины импланты активно устанавливают не только человеку, но и животным.
Импланты для животных включают дентальные импланты (искусственные корни для зубов) и ортопедические протезы для восстановления конечностей. Дентальные импланты вживляются в кость для замены отсутствующего зуба и применяются для восстановления функций и эстетики зубного ряда. Ортопедические протезы используются для компенсации утраченной лапы – они предназначены для животных с ампутированными конечностями и позволяют восстановить их функцию, распределяя нагрузку и обеспечивая возможность полноценного передвижения. Импланты конечностей изготавливаются индивидуально по слепку культи животного и могут срастаться с костью и кожей, становясь частью организма. Для этого подбираются материалы, которые хорошо приживаются и безопасны для организма животного в целом, а также прилегающих к импланту костей и тканей.
Как создаются импланты
Одним из перспективных способов создания имплантов является 3D-печать из различных материалов, включая такие металлы, как титан (дорогой, но прочный и биосовместимый материал). Этот метод позволяет с высокой точностью и скоростью создавать искусственные органы сложной формы, сохраняя при этом индивидуальные особенности носителя. Одной из проблем, которая возникает в случае 3D-печати металлических имплантов, является неудовлетворительная шероховатость поверхности устройства – высокий уровень этого показателя может снизить вероятность успешной имплантации. Поэтому исследователи ведут разработки методик для устранения этой проблемы. Ученые ЛЭТИ придумали метод, который поможет повысить качество напечатанных на 3D-принтере металлических имплантов для животных.
Метод ЛЭТИ – для нового качества имплантов для животных и человека
В основе нового подхода – комплексная обработка поверхностей лазером и гидроабразивной смесью. Его применение позволило снизить уровень шероховатости более чем на 90 %.
Инновационную методику прокомментировала техник – магистрант кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Софья Квашнина:
В рамках нашего исследования удалось существенно снизить шероховатость деталей из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере по металлу. Комплексный подход состоит из последовательной обработки поверхности гидроабразивной смесью, а затем лазером с определенными характеристиками. Такая комбинированная обработка позволяет убрать более 90 % шероховатостей.
Работы по обработке поверхности проводились на алюминиевых и стальных брусках высотой 3 см с сечением 1 кв. см, послойно выращенных на 3D-принтере по металлу. На разных участках брусков подбирались характеристики лазера для наибольшего снижения уровня шероховатости.
В ходе экспериментов молодые ученые ЛЭТИ также напечатали из нержавеющей стали копии имплантов суставов для животных, которые обычно делаются из дорогого, но биосовместимого металла – титана. Начальный средний уровень шероховатости деталей составлял порядка единиц микрометров (примерно в 10 раз тоньше волоса). Образцы сначала подвергли гидроабразивной обработке – это позволило в среднем снизить шероховатость в несколько раз – до 1 микрометра. Затем напечатанные изделия обработали лазером – уровень шероховатости достиг 0,27 микрометров.
Перспективы усовершенствования метода оценил научный руководитель проекта, ассистент кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Иван Михайлов:
Пока мы отрабатываем нашу методику на более доступных и недорогих материалах – нержавеющей стали и алюминии. Использование нашего подхода на изделиях из титана, которые являются искусственными суставами для животных – это то, чем мы планируем заниматься на следующем этапе исследований. В перспективе наши наработки могут найти применение в печати и обработке имплантов уже для человека.
В будущем коллектив ученых кафедры Фотоники планирует создать специальную установку с дальномером для автоматического определения фокуса лазерного луча в целях обработки напечатанных на 3D-принтере деталей сложной формы.