Аддитивные технологии позволяют создавать изделия сложной формы из различных материалов, что представляет большой интерес для задач современной медицины. Например, с использованием таких технологий можно создавать имплантаты и протезы с характеристиками, специально подобранными для конкретного пациента. Оптимальные параметры для аддитивного производства подобных биомедицинских устройств определили ученые Пермского Политеха.
Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств», которая была создана в рамках программы мегагрантов. Научная статья опубликована в журнале «Polymers» (№14, 2022г).
Одной из самых доступных и часто используемых технологий аддитивного производства является моделирование методом послойного наплавления. Термопластичный материал в виде нити подается в нагревающее сопло и расплавленным наносится на поверхность в соответствии с заданной траекторией движения инструмента. Каждый последующий слой укладывается поверх предыдущего.
Для производства таким способом имплантатов и протезов используются биосовместимые полимерные материалы, например, полиэфирэфиркетон (PEEK). Благодаря своей прочности и износостойкости он отлично подходит для замены традиционных металлических компонентов. Проведя серию экспериментов, исследователи из Пермского Политеха выявили оптимальные параметры наплавки для производства деталей из полиэфирэфиркетона. Полученные данные помогут повысить качество изготовления биомедицинских устройств.
— Основные проблемы 3D-печати с помощью PEEK связаны с его высокой температурой плавления (около 390 ° C) и вязкостью. Первое приводит к более высоким требованиям к печатному оборудованию, в то время как второе предотвращает плавление и дополнительно влияет на прочность изделий. В ходе исследования мы определили, как именно различные производственные параметры влияют на механические свойства готового изделия из PEEK, — рассказывает ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств», доцент кафедры динамики и прочности машин, кандидат физико-математических наук Михаил Ташкинов.
Важным результатом стали новые данные о влиянии последующей термической обработки на готовое изделие. Ученые установили, что она способствует повышению межфазной связности печатных слоев, а значит, повышает прочность всего изделия.
Полученные результаты могут быть использованы для улучшения характеристик аддитивно-изготовленных изделий из полиэфирэфиркетона.
Для справки:
Мегагранты – программа международного сотрудничества российских вузов и научных организаций с учеными мирового уровня и ведущими зарубежными научно-образовательными центрами в сферах науки, образования и инноваций. Она стартовала в 2010 году с принятием Правительством РФ Постановления № 220. Целью программы является создание в российских вузах и научных организациях исследовательских лабораторий мирового уровня под руководством ведущих ученых. В ее рамках в Пермском Политехе была открыта научно-исследовательская лаборатория «Механика биосовместимых материалов и устройств». Федеральная поддержка составила 90 млн рублей и продлится до конца 2023 года.