Блог

Dec 14, 2023

Следующий

Аддитивное производство (АП) получило широкое распространение в индустрии медицинского оборудования. Ему присущи конструктивные преимущества, в том числе простота изготовления имплантатов сложной геометрии и особенности,

Аддитивное производство (АП) получило широкое распространение в индустрии медицинского оборудования. Ему присущи конструктивные преимущества, в том числе простота изготовления имплантатов сложной геометрии, а также функции, недоступные при традиционном субтрактивном производстве, такие как создание пористых элементов, позволяющих увеличить проникновение клеток для улучшения остеоинтеграции и стабильности имплантата. Следовательно, АМ обычно используется в крупномасштабном производстве ортопедических устройств, таких как вертлужные чашки, опорные пластины и аугменты большеберцовой кости, а также межтеловые кейджи.

Кроме того, АМ дает возможность подобрать имплантат к анатомии пациента и потенциально снизить вероятность асептического расшатывания. Поскольку отрасль жестко регулируется, существуют строгие правила в отношении процесса выбора материалов, что ограничивает выбор материалов, особенно когда речь идет об имплантатах. По мере роста спроса на наиболее распространенные материалы меняются нормативные требования или требуются новые механические свойства, отвечающие постоянно развивающимся разработкам, разрабатываемым производителями медицинского оборудования.

Производители начинают переориентироваться на инновации, где начинается аддитивный процесс — металлический порошок.

Среди существующих металлических материалов для имплантатов титан-6, алюминий-4, ванадий со сверхнизким межузельным содержанием (Ti6Al4V ELI) занимает более 90 процентов в качестве предпочтительного материала для медицинских применений. Растущий спрос на порошок возобновил внимание к цене, свойствам и процессам производства титанового порошка.

Порошки Ti6Al4V ELI различного размера используются в аддитивном производстве, включая направленное энергоосаждение (DED), лазерную сварку порошкового слоя (L-PBF) и электронно-лучевую сварку порошкового слоя (EB-PBF). Не все методы распыления порошка подходят для титановых сплавов из-за вредного влияния тугоплавких включений на усталость и вязкость. Это делает бестигельное плазменное распыление (PA) и электродное распыление инертным газом (EIGA) предпочтительными методами производства порошка для аддитивного производства. PA использует предварительно легированную проволоку, подаваемую в плазменные горелки, создавая расплавленные капли, которые быстро затвердевают в виде частиц порошка сферической формы. EIGA непрерывно подает вращающийся предварительно легированный стержень высокой чистоты в индукционную катушку, чтобы сформировать поток расплава, который свободно падает непосредственно в высокоскоростной инертный газ, производя частицы порошка очень сферической формы. Хотя распыленные порошки с проволочной подачей плазмы имели преимущество первопроходца, недавно было показано, что порошки, произведенные EIGA, эквивалентны порошкам PA по различным физическим и химическим свойствам.

Кислород, азот и водород являются элементами внедрения в сплаве Ti6Al4V, которые сильно влияют на механические свойства торцевой детали, и неправильный контроль может привести к получению деталей с недостаточными свойствами. Содержание кислорода также особенно важно для производственных стратегий аддитивного производства, рассчитанных на повторное использование материалов. Порошки, производимые EIGA, получают всего лишь 100 ppm кислорода сверх существующего уровня кислорода из сырья (бар). В печи EIGA не используются огнеупорные материалы, поэтому отсутствует риск появления включений высокой плотности. В официальном документе, опубликованном Carpenter Additive, в котором сравниваются распыленные порошки Ti6Al4V ELI PA и EIGA, делается вывод, что порошки EIGA предоставляют пользователям экономичный вариант цепочки поставок, позволяющий снизить стоимость и содержание кислорода в титане, обеспечивая при этом отсутствие следов примесей. Кроме того, в дополнительном информационном документе, посвященном механическим свойствам готовых деталей, напечатанных с использованием каждого из вариантов порошка, делается вывод о том, что детали, напечатанные из порошков EIGA, являются жизнеспособным вариантом снижения затрат при сохранении или улучшении качества напечатанных деталей.

Титановые сплавы обладают высокой прочностью и превосходной коррозионной стойкостью, а также хорошей биосовместимостью, что делает их пригодными для широкого спектра биомедицинских применений. В большинстве имплантируемых медицинских устройств, напечатанных лазером на 3D-принтере, используется Ti6Al4V ELI, вариант со сверхнизким межуточным слоем, известный под стандартным обозначением Grade 23 (ASTM F3001). В состоянии печати и горячего изостатического прессования (HIP) этот сплав демонстрирует очень хорошую прочность на разрыв более 130 тысяч фунтов на квадратный дюйм (890 МПа) и удлинение более 10 процентов.