В основе нового подхода – комплексная обработка поверхностей лазером и гидроабразивной смесью. Его применение позволило снизить уровень шероховатости более чем на 90 %.
Импланты – это устройства, которые внедряются в живые организмы для восстановления или замены поврежденных или отсутствующих тканей или органов: зубов, костей, суставов, мышц и прочего. Причем на сегодняшнем этапе развития медицины импланты активно устанавливают не только человеку, но и животным.
Одним из перспективных способов создания имплантов является 3D-печать из различных материалов, включая такие металлы, как титан (дорогой, но прочный и биосовместимый материал). Этот метод позволяет с высокой точностью и скоростью создавать искусственные органы сложной формы, сохраняя при этом индивидуальные особенности носителя. Одной из проблем, которая возникает в случае 3D-печати металлических имплантов, является неудовлетворительная шероховатость поверхности устройства. Высокий уровень этого показателя может снизить вероятность успешной имплантации. Поэтому исследователи ведут разработки методик для устранения этой проблемы.
«В рамках нашего исследования удалось существенно снизить шероховатость деталей из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере по металлу. Комплексный подход состоит из последовательной обработки поверхности гидроабразивной смесью, а затем лазером с определенными характеристиками. Такая комбинированная обработка позволяет убрать более 90 % шероховатостей». – Техник/магистрант кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Софья Антоновна Квашнина
Работы по обработке поверхности проводились на алюминиевых и стальных брусках (высотой 3 см с сечением 1 кв. см), послойно выращенных на 3D-принтере по металлу. На разных участках брусков подбирались характеристики лазера для наибольшего снижения уровня шероховатости.
В ходе экспериментов молодые ученые ЛЭТИ из нержавеющей стали также напечатали копии имплантов суставов для животных, которые обычно делаются из дорогого, но биосовместимого металла – титана. Начальный средний уровень шероховатости деталей составлял порядка единиц микрометров (примерно в 10 раз тоньше волоса). Образцы сначала подвергли гидроабразивной обработке – это позволило в среднем снизить шероховатость в несколько раз – до 1 микрометра. Затем напечатанные изделия обработали лазером – уровень шероховатости достиг 0,27 микрометров.
«Пока мы отрабатываем нашу методику на более доступных и недорогих материалах: нержавеющей стали и алюминии. Использование нашего подхода на изделиях из титана, которые являются искусственными суставами для животных — это то, чем мы планируем заниматься на следующем этапе исследований. В перспективе наши наработки могут найти применение в печати и обработке имплантов уже для человека». – Научный руководитель проекта, ассистент кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Иван Игоревич Михайлов
Разработанная методика описана в бакалаврской работе Софьи Антоновны Квашниной. В будущем коллектив ученых кафедры фотоники планирует создать специальную установку с дальномером для автоматического определения фокуса лазерного луча в целях обработки напечатанных на 3D-принтере деталей сложной формы.
