Серед матеріалів, які найчастіше використовуються для 3D-друку на металі, є титановий сплав-особливо Ti6Al4V. Відмінна біосумісність, видатна питома міцність, сильна стійкість до корозії та легкі якості тут удосталь. Під час процесу 3D-друку титанові сплави демонструють менше дефектів плавлення, які можуть генерувати поліровані зерна з чудовими механічними якостями. Однак титанові сплави також мають проблеми з екрануванням від напруги; їх модуль пружності значно вищий, ніж у людських кісток, що може спричинити неадекватне навантаження на кістки та погіршити їхній стан. Дослідники шукають нові матеріали зі сплавів і креативні ідеї дизайну, як-от сплави Ti-Ta і Ti-Nb, нижчий модуль пружності яких може краще відповідати жорсткості кісток, таким чином зменшуючи вплив екранування напруги. Крім того, жорсткість імплантату можна додатково змінити шляхом застосування пористої титанової структури та методів виробництва, таких як лазерне плавлення шару порошку (PBF-LB), таким чином сприяючи розвитку кісткової тканини та зміцненню зв’язку кісток.
Завдяки великій зносостійкості та твердості, особливо в умовах високого-тертя та-напруги, кобальт-хромові сплави-особливо кобальт-хром-молібденові сплави-широко використовуються в зубних імплантатах, штучних суглобах та інших галузях. Успіх кобальт-хромових сплавів полягає в їх особливій суміші компонентів, за допомогою якої хром створює оксидну плівку на поверхні сплаву, таким чином запобігаючи внутрішній рідинній корозії імплантатів. Хоча більшість сплавів CoCr містять Ni, який може викликати алергічні реакції, високий модуль пружності кобальтохромових сплавів також може призвести до екранування напруги. Інженери вирішують ці проблеми за допомогою креативних конструкцій, включаючи функціонально градуйовані пористі структури з різним розміром пор і щільністю, щоб сприяти однаковій передачі тиску, зниженню навантаження на кістки та, таким чином, мінімізації ефектів екранування напруги. Водночас покриття поверхні та методи обробки підвищують біосумісність металевих поверхонь, тим самим сприяючи інтеграції кістки та покращуючи продуктивність і -довгострокову ефективність імплантатів.
Здебільшого використовується в технології 3D-друку для виготовлення кісткових пластин і хірургічних інструментів, нержавіюча сталь може похвалитися винятковою механічною міцністю та високою стійкістю до корозії. Порівняно з титановими сплавами матеріали з нержавіючої сталі пропонують кращу гладкість поверхні, оскільки вони мають розумну біосумісність, високу міцність на розрив і модуль пружності, низьку вартість виробництва, зручність використання, міцність і підвищену теплопровідність. Але тривалий-розпад і вивільнення легуючих елементів можуть спричинити можливі запальні реакції з нержавіючої сталі; Виділення Fe може мати негативний вплив на клітини. Для короткочасних імплантатів, гвинтів і хірургічного обладнання зазвичай використовується нержавіюча сталь.
Відмінна біосумісність, висока стійкість до корозії, висока міцність і модуль пружності визначають танталовий сплав. Однак танталові сплави спричиняють певні труднощі під час адитивного виробництва, зокрема високу вартість і щільність, а також проблеми з екрануванням напруги-, тобто вищий модуль пружності, ніж у Ti. Танталові сплави зазвичай придатні для використання як крихітні компоненти імплантатів, пористі імплантати та покриття імплантатів, що покращують характеристики інтеграції кістки. Клінічні процедури лікування варикозного розширення вен кінцівок, а також варикозного розширення вен стегон і хребта проводилися з використанням 3D-пористого металу танталу та продемонстрували високу ефективність. 3D-друк пористого металевого танталу не тільки допомагає розробити та виготовляти біоміметичні кісткові трабекулярні структури, але також має хорошу адгезію клітин і біосумісність. Модуль пружності та міцність цього матеріалу відповідають місцевим умовам. Результати післяопераційного функціонального відновлення хороші, і відповідно до даних клінічних досліджень надрукований на 3D-принтері пористий тантал може міцно зв’язуватися з кістками.
Через низьку густину, велике співвідношення міцності-до-ваги та модуль Юнга, як у кісток, магнієві сплави викликають значний інтерес у біологічній сфері. Властивості магнієвого сплаву in vivo до деградації роблять його ідеальним для біологічно розкладаних металів, таким чином відкриваючи нову область для використання ортопедичних імплантатів. Тим не менш, властивості швидкого розкладання магнієвих сплавів in vivo також викликають труднощі, тому дослідники шукають способи уповільнити швидкість їхнього розпаду, щоб гарантувати повне поглинання та забезпечити необхідну підтримку.
У сфері ортопедії довгострокова -тривалість імплантатів і результати реабілітації пацієнтів безпосередньо залежать від біосумісності металевих матеріалів для 3D-друку. Наприклад, завдяки своїм чудовим механічним якостям і біосумісності титанові сплави та кобальт-хромові сплави широко використовуються у виробництві ортопедичних імплантатів, у тому числі штучних суглобів і кісткових пластин. Однак проблеми із захистом від напруги можуть погіршити якість кістки, що спричинить несправність і розхитування імплантату. Застосуванням пористої архітектури та нових сплавів можна зменшити захист від напруги, сприяти інтеграції кістки та підвищити-тривалу стабільність імплантату. Крім того, скорочуючи час відновлення пацієнтів, високобіологічно сумісні матеріали можуть допомогти мінімізувати запальні реакції навколо імплантатів, сприяти загоєнню та регенерації тканин і полегшити їх використання.
Хороша біосумісність і механічні характеристики є обов’язковими умовами для зубних імплантатів, щоб гарантувати їхню -тривалу стабільність у ротовій порожнині. Звичайні матеріали, що використовуються для виготовлення зубних імплантатів, включають титановий сплав і кобальтохромовий сплав, обидва з яких можуть встановлювати міцний зв’язок із навколишніми тканинами, тим самим зменшуючи ризик розхитаності та від’єднання імплантату. У той же час технологія 3D-друку може налаштувати індивідуальні зубні імплантати на основі стану ротової порожнини пацієнта, тим самим підвищуючи комфорт пацієнта та збільшуючи рівень успіху імплантації. Крім того, використання матеріалів із хорошою біосумісністю може зберегти здоров’я порожнини рота пацієнтів і зменшити частоту запалення порожнини рота.
Гарна біосумісність і стійкість до корозії є обов’язковими умовами для серцево-судинних імплантатів, у тому числі серцевих і судинних стентів, щоб гарантувати їх -тривалу ефективність in vivo. Чудовий ефект пам’яті форми та біосумісність нікель-титанових сплавів з пам’яттю форми роблять їх дуже затребуваними у виробництві серцево-судинних імплантатів. І все ж потрапляння іонів нікелю в оточення людини може викликати деякі питання. За допомогою 3D-друку та обробки поверхні композитом підготовка пористого нікель-титанового сплаву може допомогти знизити вивільнення іонів нікелю та підвищити біосумісність матеріалу. Крім того, покращення якості життя пацієнтів відбувається завдяки зменшенню утворення тромбів і рестенозу кровоносних судин, що стало можливим завдяки добре-біосумісним серцево-судинним імплантатам.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-compact-heat-exchanger.html