В Корнелльском университете научились печатать на 3D-принтере биомедицинские детали со сверхзвуковой скоростью

Клетки закрепились на титановом сплаве, полученном с помощью нового метода 3D-печати. Это демонстрирует биосовместимость материала

Группа исследователей из Корнелльского университета разработала технологию 3D-печати, которая создает металлические детали путем проникновения частиц порошка в ячейки со сверхзвуковой скоростью.

Эта технология, известная как «холодное напыление», создает пористые структуры, которые на 40% прочнее аналогов, изготовленных с помощью обычных производственных процессов.

Небольшой размер и пористость делают их подходящими для создания биомедицинских компонентов, таких как искусственные суставы колена или бедра, а также черепные/лицевые имплантаты.

Исследовательская группа специализируется на создании высокоэффективных металлических материалов с помощью процессов аддитивного производства. Вместо того, чтобы вырезать форму из блока материала, оно строит продукт слой за слоем.

Однако аддитивное производство имеет свои проблемы. Так, металл нужно нагревать до высоких температур, превышающих точку плавления, что может вызвать накопление остаточных напряжений, деформацию и нежелательные фазовые превращения.

Чтобы устранить эти проблемы, ученые разработали метод, при котором сжатый газ выходит из сопла и «стреляет» частицами титанового сплава, порошком Ti-6Al-4V, на подложку. Частицы от 45 до 106 микрон в диаметре перемещаются со скоростью примерно 600 метров в секунду, что превышает скорость звука. При этом металлическая подложка нагревается, чтобы компоненты оседали как однородный материал. Но нагрев происходит ниже температуры плавления (800-900°C вместо 1626°C).

Команда использовала вычислительную гидродинамику для определения скорости чуть ниже критической для частицы титанового сплава. При запуске с ней частицы создают более пористую структуру (упругость 51,7 ± 3,2 ГПа, предел текучести при сжатии 535 ± 35 МПа, пористость 30 ± 2%).

Как отмечают авторы разработки, если внедрить имплантат с такой пористой структурой в тело, то кость сможет вырасти внутри этих пор и обеспечить биологическую фиксацию. Совместимость материала с клетками подтвердили исследования на мышах.

По мнению ученых, разработку можно применить не только в сфере биомедицинских технологий, но и в строительстве, на транспорте и в энергетике.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»