Дослідники з Naton Biotechnology створили перший у світі лазерний 3D-друкований тотальний імплантат колінного суглоба, схвалений Національним управлінням з контролю за медичними виробами Китаю як інноваційний медичний пристрій.
Головною проблемою технології був нерівномірний розподіл міцності в металевих імплантатах. Процес виготовлення кобальт-хром-молібденового сплаву (CoCrMo) відбувався при надзвичайно високих швидкостях охолодження. Така технологія часто призводила до анізотропії – явища, коли властивості матеріалу змінюються залежно від напрямку сили.
Під час механічних випробувань виявили значні відмінності. Зразки CoCrMo розтягнулися в одному напрямку на 19,1%, а в іншому – лише на 9,3%. Така різниця перевищувала 100%, що робило матеріал ненадійним для тривалого використання.
Професор Чанхуй Сонг з Південно-Китайського технологічного університету та професор Цзя-Куо Юй з Пекінської лікарні Цінхуа Чангунг очолили дослідження. Співавтором виступив старший інженер Реняо Лі з Naton Biotechnology.
Інноваційне рішення проблеми
Науковці запропонували двоетапний процес термічної обробки. Спочатку матеріал нагрівали до 1150°C протягом години з подальшим швидким охолодженням у воді. Потім здійснювали відпал – повторне нагрівання до 450°C на 30 хвилин із наступним охолодженням.
Результати перевершили очікування дослідників. Міцність і гнучкість металу стали майже однаковими в усіх напрямках. Гранична міцність досягла показників 906,1 МПа та 879,2 МПа відповідно.
Показники подовження також значно збалансувалися – 20,2% і 17,9%. Це зробило матеріал набагато міцнішим і надійнішим для медичного застосування.
Перспективи розвитку технології
Після досягнутого прориву вчені розглядають можливість удосконалення поверхні імплантатів. Використання дробеструйного зміцнення та ультразвукового оброблення може підвищити зносостійкість виробів.
Нові методи здатні зробити 3D-друковані суглобові імплантати довговічнішими. Це відкриває широкі перспективи для клінічного застосування технології. Пацієнти отримають безпечніші та надійніші вироби.
Дослідження заклало основу для кращого контролю якості в ортопедичному виробництві. Подальший розвиток технології сприятиме впровадженню індивідуальних медичних імплантатів. Експерти вважають, що такі розробки значно покращать життя пацієнтів із захворюваннями суглобів.
