3D-printimplantater - Metalbiomaterialer - Titaniumlegeringer
Fordele:Biokompatibilitet, høj specifik styrke, høj korrosionsbestandighed, let vægt, færre fusionsfejl under 3D-print
Ansøgning:Metalimplantater såsom led, kranier, tandimplantater
Udfordringer ved 3D-print af titaniumimplantater
Brugen af ortopædiske biomaterialer er steget dramatisk i løbet af de seneste par år, efterhånden som befolkningen ældes, og patienterne ønsker at opretholde samme aktivitetsniveau og livskvalitet. Drevet af den enorme efterspørgsel efter kliniske ortopædiske biomaterialer har knoglevævsteknologi udviklet sig hurtigt, og en række ortopædiske biomaterialer er blevet undersøgt og designet. Jernbaserede og magnesiumbaserede biomaterialer er blevet meget brugt ved hjælp af 3D-teknologi. Sammenlignet med jernbaserede og magnesiumbaserede biomaterialer har titaniumbaserede biomaterialer høj styrke, lavt specifikt modul og bedre biokompatibilitet. Biomaterialer udviser unikke og konkurrencemæssige fordele.
3D-print titanium-baserede biomaterialer kan tilpasses efter individuelle behov. Det kan ikke kun fremstille komplekse strukturer, men har også uovertrufne fordele med hensyn til omkostninger, fremstillingscyklus og personlig tilpasning. Det kan energisk udvikle denne teknologi inden for ortopædi, tandpleje osv. og hjerte-kar-applikationer. Denne teknologi står dog stadig over for mange udfordringer, såsom hvordan man balancerer forholdet mellem porøs knoglevækst og mekaniske egenskaber, valg af additiv fremstillingsteknologi og parameteroptimering.
Befter afkøling
(1) Forskellige 3D-printteknologier har forskelle i termisk scanningshastighed, strømforsyning, afsætningshastighed osv. Sammenlignet med traditionelle processer har 3D-printforberedelsesprocessen de typiske karakteristika for hurtig opvarmning og afkøling, hvilket kræver præcis styring af procesparametre for at få høj kvalitet og pålidelige dele;
(2) Klassificer og beskriv topologien af knoglevæv, og påpeg, at en måde at reducere stivhed på er at rationelt optimere topologien af den porøse knogleerstatning og derved reducere forskellen i stivhed mellem knogleerstatningen og værtsknoglen og derved lindre stress afskærmningsspørgsmål.
(3) Påvirkningen af karakteristikaene ved hurtig opvarmning og afkøling på mikrostrukturudviklingen af titanlegeringer analyseres, og de mekaniske egenskaber kan forbedres ved at justere tofasesammensætningen og mikrostrukturen;
(4) understregede biokompatibiliteten og osseointegrationen af porøse titanlegeringer efter implantation; 3D-printede metaller udvikles bedre ved at udvikle kraftfulde digitale værktøjer, såsom maskinmodeller og maskinlæring kombineret med metallurgiske vidensbaser.
Det påpeges, at udviklingen af en effektiv identifikations- og certificeringsmetode bør kræve et godt kendskab til de procesparametre og relaterede faktorer, der påvirker træthedsydelsen. Til komplekse 3D-printgeometrier som porøse strukturer og gitterstrukturer skal der udvikles bedre test, scanningsmetoder og ikke-destruktive evalueringsteknikker.
Derudover giver den kontinuerlige anvendelse af kunstig intelligens og maskinlæringsalgoritmer videnskabelig vejledning til udvælgelse af behandlingsparametre, som kan forbedre kvaliteten af dele og reducere omkostningerne ved trial and error. Og maskinlæring kan også gradvist opdatere forholdet mellem proces-mikrostruktur og egenskab baseret på erfaring. Det understreges, at 3D-printdatabasen bør udvikles kraftigt for at lægge grundlaget for at optimere eksperimentelt design og fremskynde personlig tilpasning.