3D tisk Ti6Al4V

Kategorie

Štítky

Na vědecké radě doc. Ing. Tomáš Čegan Ph.D. prezentoval námi dosažené výsledky výzkumu a vývoje 3D tisku Ti6Al4V pro aplikace v implantologii v rámci NCK Strojírenství. Naše úsilí o změnu technologického postupu u personalizovaných implantátů přináší nový pohled do budoucna.

Jednak výrobce implantátů, kladenský Prospon už zařadil HIP jako standardní procesní krok po 3D tisku, jednak se prokazuje, že i u materiálů z 3D tisku lze docilovat vlastností tvářeného materiálu. Cesta k tomu je ale krkolomná, i proto mám velkou radost, že jsme se s Galvamet a VŠB do toho pustili, a že výsledky odpovídají našim původním představám.

Obr. č. 1 – Moje maličkost, doc. Čegan a doc. MUDr. Pavel Douša, CSc., Klinika úrazové chirurgie a ortopedie FN Ostrava, předseda vědecké rady klastru Czechimplant, v diskuzi nad výsledky projektu

A jaké jsou největší přínosy našeho zkoumání?

Odstranění mikroporozity v tělese z 3D tisku pod 0,3 % a zvýšení hustoty blížící se hustotě tvářeného materiálu
Snížení heterogenity tiskové struktury a zvýšení tažností i meze kluzu na úroveň tvářeného materiálu
Zkrácení doby tisku až o 60%
Výrazné zvýšení únavových vlastností implantátů
Odstranění skrytých vad

A pokud by to tak nebylo? Na obr. č 2 je případ, kdy náhrada kosti byla provedena implantátem rovněž z TI6Al4V. Tisk byl proveden metodou EBM na zařízení Arcam. Při analýze příčin poškození byl konstatováno, že mikrotrhliny mají iniciační místa v pórech obsahující pracovní plyn, a v místech, kde nedošlo k plnému natavení prášku.

Nemohu tvrdit, že při použití našeho postupu by k tomuto poškození nedošlo, zcela jistě by ale byla větší šance na přežití implantátu. U analýzy uvedené v tomto článku nevyplývá, že by byly aplikovány nějaké post-procesy po tisku. O tom svědčí i snímky lomového mechanismu.

Protože mám Garminy, vím, že denně ujdu v průměru 8000 kroků. Tj. 2 920 000 kroků za rok. Jedná se tedy o případ vysoko cyklického namáhání, kdy je nutno počítat s minimálně 10⁶ únavovými cykly. V citovaném případě, implantát prasknul po 6ti měsících.

Obr. č. 2 Jong Woong Park, National Cancer Center Korea, In vivo analysis of post-joint-preserving surgery fracture of 3D-printed Ti-6Al-4V implant to treat bone cancer, Bio-Design and Manufacturing , July 2021 [1]

A jak to vychází nám? Aplikací HIP se výrazně zlepší mez kluzu a tažnost materiálu. Pokud se ale ještě zařadí další tepelné zpracování, dojde ke strmému nárůstu únavových vlastností. To je pro životnost implantátu naprosto klíčové.