Биомедицинские исследователи начали создавать пористые структуры из титановых сплавов, дробя частицы порошка вместе на сверхзвуковой скорости в экстремальной комбинации 3D-печати и окраски распылением.
Команда под руководством Корнельского университета создала пористые материалы, которые якобы на 40 процентов прочнее, чем может обеспечить традиционное производство, с помощью существующей технологии 3D-печати, известной как «холодное распыление».
Обычное аддитивное производство (3D-печать) требует высоких температур для нагрева металлов до температуры, превышающей их точки плавления, чтобы им можно было придать форму, но со временем это может привести к проблемам, в том числе к деформации биомедицинских имплантатов.
Вместо этого, ведущий автор Atieh Moridi и ее команда разработали метод, в котором они использовали весьма сжатый газ для частиц взрыва титановых сплавов на опорную конструкции, в своем роде «3D живописи».
«Мы сосредоточились на создании клеточных структур, которые находят множество применений в управлении температурой, поглощении энергии и биомедицине», — сказал Мориди, доцент Школы механической и аэрокосмической инженерии Сибли.
Частицы титанового сплава имеют диаметр от 45 до 106 микрон (микрон составляет одну миллионную метра) и были обстреляны основанием подложки со скоростью 600 метров в секунду, что превышает скорость звука. Средняя скорость пули составляет 760 метров в секунду.
По словам команды Корнелла, небольшие размеры и пористая текстура титановых структур делают их идеальным кандидатом для использования в человеческом теле для имплантатов, таких как замена суставов.
Исследователи должны были найти зону златовласки, чтобы заставить материалы прилипнуть, между критической скоростью сплава, где он может образовывать плотное твердое тело, и его скоростью эрозии, где он просто распадается, прежде чем может сформироваться полезная структура.
Обнаружив зону наилучшего восприятия чуть ниже критической скорости титанового сплава, команда смогла создать пористые, но прочные структуры, идеально подходящие для создания искусственных суставов колена или бедра или для использования в имплантатах для реконструкции черепа и лица после травмы.
Кроме того, кости пациентов могут расти внутри структур, что позволяет им правильно фиксироваться на месте и поддерживать биомеханическую целостность, при этом значительно снижается необходимость в возможных последующих операциях.