Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» предложили новый способ обработки 3D-печатных сплавов: благодаря новому методу имплантаты дольше сохраняют нужную форму и равномерно растворяются в организме. Это решение позволит восстанавливать кости без риска преждевременной потери опоры и минимизировать необходимость повторных операций.
Традиционные имплантаты из стали или титана требуют повторного хирургического вмешательства для удаления после восстановления кости. В качестве альтернативы рассматриваются магниевые сплавы: они обладают механическими свойствами, близкими к костной ткани, и постепенно растворяются в организме, однако их применение может быть ограничено низкой коррозионной стойкостью. Сотрудники НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Московского физико-технического института и Института физика прочности и материаловедения СО РАН доказали, что регулировать скорость растворения полученного аддитивным методом магниевого сплава WE43 позволяет специальный метод термообработки, сообщает пресс-служба НИТУ МИСИС.
«Основной недостаток биорезорбируемых магниевых сплавов заключается в том, что без специальной обработки у них низкая коррозионная стойкость. Имплантат начинает растворяться еще до того, как кость полностью восстанавливается, и это может привести к осложнениям и повторной операции», — пояснил заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС Станислав Чернышихин.
Образец на иллюстрации изготовлен методом 3D-печати из металлического порошка. Исследователи подобрали оптимальные условия термообработки после 3D-печати, чтобы снизить внутренние напряжения в структуре и сделать сплав более устойчивым к коррозии — нагрев до 525°C в течение четырех часов с последующим отжигом при 200°C.
«Мы подобрали режим термообработки, который стабилизирует структуру сплава и замедляет процесс растворения. Благодаря этому имплантат сможет дольше сохранять прочность, обеспечивая надежную фиксацию кости на этапе заживления», — пояснил старший научный сотрудник МФТИ Виктор Семин.
«Мы впервые в России продемонстрировали, что на долговечность образца из магниевого сплава, напечатанного на 3D-принтере, решающим образом влияет уровень остаточных механических напряжений. Чем он ниже, тем более сбалансированные коррозионные и механические свойства мы получим. Регулировать этот уровень можно с помощью заданных режимов термообработки. Остаточную пористость и технологические дефекты в сплавах после 3D-печати можно контролировались, управляя объемной плотностью лазерной энергии», — рассказала научная сотрудница лаборатории аддитивного производства НИТУ МИСИС Вероника Утяганова.
Исследователи доказали, что после обработки материал растворяется до полтора раза медленнее, а следовательно может дольше сохранять форму и функционировать в организме. Кроме того, термообработка улучшила однородность структуры и уменьшила количество микродефектов, что повысило общую надежность образцов, полученных методом 3D-печати.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials Characterization.
