آلیاژهای تیتانیوم به دلیل خواص فیزیکی عالی و مقاومت در برابر عفونت، انتخاب اصلی برای ساخت دستگاههای ارتوپدی مانند ایمپلنتهای زانو/لگن هستند. اخیراً یک تیم تحقیقاتی از آژانس علم، فناوری و تحقیقات سنگاپور دریافته اند که ایمپلنت های سفارشی با قابلیت جذب استرس بهتر را می توان با استفاده از پودرهای تیتانیوم و تانتالیوم با خواص جالب چاپ سه بعدی کرد. تاکنون، محققان عمدتاً از فناوری ذوب لیزری انتخابی (SLM) و پودرهای مبتنی بر آلومینیوم-تیتانیوم برای نمونههای اولیه بیولوژیکی پرینت سهبعدی استفاده کردهاند. فناوری SLM معمولاً از لیزرهای پرقدرت برای ساخت لایه به لایه اشیاء سه بعدی بر اساس مدل های طراحی رایانه ای استفاده می کند. اما از آنجایی که آلومینیوم اثرات نامطلوب طولانی مدتی بر اعصاب انسان دارد، دانشمندان امیدوارند مواد دیگری برای جایگزینی آن بیابند.
به همین منظور، فلورنسیا ادیت ویریا از موسسه فناوری ساخت سنگاپور (SIMTech)، یکی از شرکت های تابعه A*STAR، و وای یی یونگ از مرکز چاپ سه بعدی سنگاپور در دانشگاه فناوری نانیانگ، یک پروژه تحقیقاتی مشترک را برای توسعه یک فلز نوآورانه راه اندازی کرده اند. ترکیب با استفاده از فناوری SLM برای چاپ سه بعدی. چاپ محصولات بیوپزشکی تیتانیوم بهتر.
از نظر تئوری، مطلقاً هیچ مشکلی در مورد آلیاژهای متشکل از عناصر تیتانیوم و تانتالیوم وجود ندارد، زیرا هر دو فلز زیست سازگار هستند و خواص مکانیکی آنها به دلیل تیتانیوم خالص است. اما نقطه ذوب فلز تانتالیوم بسیار بالا است (بیش از 3000 درجه سانتیگراد)، به این معنی که اساساً تبدیل فلز تیتانیوم به پودر فلز کروی قابل استفاده در فناوری SLM از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست. پودر تانتالیوم رایج در بازار معمولاً ذرات ناهموار بلند شکلی است که از اتمیزه کردن گاز تشکیل می شوند.
برای غلبه بر این مشکل، تیم تحقیقاتی این پودر فلز تانتالیوم خشن را با پودر فلز تیتانیوم میکروکرهای تجاری دیگر مخلوط کردند. پس از مخلوط کردن این دو ماده به مدت نیم روز، آنها مشاهده کردند که مخلوط می تواند یکنواخت تر شود و استفاده از آن با فناوری SLM آسان تر شود. آزمایشهای میکروسکوپی نشان داد که شکل کروی فلز تیتانیوم پس از اختلاط باقی میماند که کلید استفاده موفقیتآمیز این مخلوط در چاپ سهبعدی بود.
Wiria توضیح می دهد: «پودر تیتانیوم در اینجا به عنوان یک محیط نورد عمل می کند. "این پودر تانتالیوم را هل می دهد و پردازش SLM را ممکن می کند." با اعمال یک الگوی اسکن لیزری شطرنجی، فلز به طور متناوب بالا و پایین یا از یک طرف به طرف دیگر ذوب می شود. با حرکت به سمت دیگر برای کاهش تنش حرارتی، محققان با موفقیت از فناوری SLM برای ایجاد اشکال سه بعدی از آلیاژ تیتانیوم-تانتالوم استفاده کردند. به طور غیرمنتظره، اشعه ایکس و سایر تکنیکهای تصویربرداری نشان دادند که افزودن فلز تانتالیوم، همراه با انجماد سریع، تشکیل دانههای تیتانیوم با استحکام بالا و لایهای را تثبیت میکند.
محققان انتظار دارند که این آلیاژ تیتانیوم-تانتالوم بتواند اثر "محافظت از استرس" را کاهش دهد. اثر موسوم به محافظ استرس به این معنی است که سختی ایمپلنت بیش از حد بالا است و استخوان های مجاور تحریک مکانیکی کافی دریافت نمی کنند و در نتیجه استخوان از بین می رود. پدیده سست. این آلیاژها به طور خاص برای کاربردهای ارتوپدی طراحی شده اند و حتی ممکن است برخی از قابلیت های حافظه شکل را پس از تغییر شکل نشان دهند.
