Nima uchun tibbiyot sanoatida metall 3D bosib chiqarishni qayta ishlash-issiqlik bilan ishlov berishni talab qiladi?

1. Qoldiq stressdan xalos bo'lish: implantatsiyaning buzilishi va buzilishining oldini olish
Metallni 3D bosib chiqarish, masalan, lazerli selektiv eritish (SLM) metall kukunlari qatlamini qatlam bo'ylab eritib, qoliplarni yaratadi. Biroq, materialni juda tez isitish va sovutish uning ichida stressni qoldirishi mumkin. Agar bu stress tezda bartaraf etilmasa, bu quyidagi muammolarga olib kelishi mumkin:
Buzilish va yorilish: Agar qoldiq stress materialning oquvchanligidan yuqori bo'lsa, implant tanada foydalanishning dastlabki bir necha haftasida shaklini doimiy ravishda o'zgartirishi yoki hatto sinishi mumkin. Misol uchun, agar titanium qotishma asetabulyar kosada juda ko'p stress bo'lsa, u stressning chiqishi tufayli bemor operatsiyadan tiklanish paytida harakatlanishi mumkin, bu esa bemorga ikkinchi operatsiya kerakligini anglatishi mumkin.
Oʻlchov aniqligining pasayishi: Stressdan{0}}deformatsiyalar implant va inson toʻqimalari oʻrtasidagi moslikni buzishi mumkin. Masalan, tish implantlari uchun ipning aniqligi bir mikrometrgacha saqlanishi kerak va qoldiq stress ipning shaklini o'zgartirishi mumkin, bu esa alveolyar suyakning dastlabki barqarorligini buzishi mumkin.
Qisqartirilgan charchoq muddati: Implantlar stressli tsikl ostida parchalanish ehtimoli ko'proq. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, 3D bosilgan kobalt xrom qotishma tayanchlarining past aylanish muddati, issiqlik bilan ishlov berilmaganligi, an'anaviy zarb qilingan komponentlarga nisbatan 40% ga qisqaradi.
Vakuumli tavlanish kabi issiqlik bilan ishlov berish jarayonlari orqali stressni bartaraf etish mumkin. Bu jarayonda implant kerakli haroratgacha isitiladi (odatda qayta kristallanish haroratidan past), bir muddat ushlab turiladi va keyin asta-sekin sovutiladi, shunda materialning ichki donalari tiklanib, qayta kristallanadi, bu esa stressni engillashtiradi. Masalan, 650 daraja vakuumli tavlanish 3D bosilgan titanium qotishma ortopedik implantlarning qoldiq stressini 80% dan ko'proq kamaytiradi va ularning strukturaviy barqarorligini sezilarli darajada yaxshilaydi.
2. Mikrostrukturani takomillashtirish: uni kuchliroq va tirik mavjudotlar bilan mosroq qilish
Metall 3D bosib chiqarishning tez qattiqlashishi ustunli kristallar, metastabil fazalar va g'ovaklik kabi notekis mikro tuzilishga olib kelishi mumkin. Bu implantlarning umuman yomon ishlashiga olib kelishi mumkin.
Mexanik xususiyatlarning yomonlashishi: Ustunli kristall strukturasi anizotropiyaga olib kelishi mumkin, bu esa implantlarning ba'zi yo'nalishlarda boshqalarga qaraganda ancha kuchliroq bo'lishiga olib keladi. Agar 3D bosilgan nikel titanium qotishma tomir stentida qo'pol ustunli kristallar bo'lsa, masalan, uning radial qo'llab-quvvatlash kuchi bir hil teng o'qli kristall to'qimalarga qaraganda 30% past bo'lishi mumkin.
Yuqori g'ovaklik: chang zarralari bosib chiqarish vaqtida to'liq birlashmasa, ular mikroporlarni hosil qiladi, bu esa materialni kamroq zichroq qiladi. Agar g'ovaklik 1% dan ortiq bo'lsa, implantning charchoq kuchi 50% dan ko'proq pasayishi va korroziya xavfi oshishi mumkin.
Biologik muvofiqlik xavfi: Martensit kabi beqaror fazalar zaharli ionlarni chiqarib yuborishi va yallig'lanishni keltirib chiqarishi mumkin. Misol uchun, agar 3D bosilgan kobalt xrom qotishmalarida juda ko'p martensit qolsa, nikel ionlarining emissiyasi odatdagidan ko'proq bo'lishi mumkin, bu esa yaqin atrofdagi to'qimalarda allergiyaga olib kelishi mumkin.
Harorat va davomiylikni nazorat qilish orqali issiqlik bilan ishlov berish mikro tuzilmani optimallashtiradi:
Yuvish: ustunli kristallarni teng o'qli kristallarga aylantiradi va metastabil fazalardan xalos bo'ladi. Masalan, 750 gradusda tavlangandan so'ng, 3D{3}}bosma titanium qotishmasining don o'lchami 10 mkm dan kamroqgacha tozalanadi va anizotropiya ancha kamayadi.
Issiq izostatik presslash (HIP): 100% ga yaqin material zichligini olish uchun yuqori harorat va bosimlarda (odatda 100–200MPa) ichki teshiklardan xalos bo'lish. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, HIP bilan ishlov berish 3D bosilgan kobalt xrom qotishmalarining g'ovakligini 0,8% dan 0,02% gacha kamaytirishi va charchoq muddatini uch baravar oshirishi mumkin.
Qattiq eritma plyus yosh: nikel titanium qotishmalari kabi shakl xotirasi materiallari uchun qattiq eritma bilan ishlov berish zararli fazalarni eritadi, qarish bilan ishlov berish esa mustahkamlash fazalarini cho'ktiradi. Bu kuch bilan superelastiklikni muvozanatlashtiradi. Misol uchun, 3D bosilgan nikel titanium qotishma tomir stentlarining radial qo'llab-quvvatlash kuchi 500 daraja qattiq eritma bilan ishlov berish va 400 daraja qarishdan keyin 20% ga oshdi. Shaklni tiklash darajasi ham 99% dan oshdi.
3. Klinik ehtiyojlarni qondirish: moslashtirish va funksionallashtirishning ikki tomonlama kafolati
Tibbiy implantlar bemorning anatomik tuzilishiga moslashtirilgan bo'lishi kerak, shu bilan birga suyak integratsiyasi va dori chiqarish kabi o'ziga xos funktsional mezonlarga javob beradi. Issiqlik bilan ishlov berish quyidagi usullarda klinik qo'llanmalarga yordam beradi:
Issiqlik bilan ishlov berishni qum bilan tozalash va kislota bilan ishlov berish kabi boshqa sirtlarni tozalash usullari bilan birlashtirish implantlarning sirtini qo'polroq qilishiga va suyak hujayralarining ularga yaxshiroq yopishishiga yordam beradi. Misol uchun, tavlangan va qumlangandan so'ng, 3D bosilgan titanium qotishma son bo'g'inlarining sirt pürüzlülüğü (Ra) 3-5 mikronni tashkil qiladi va suyaklarning birlashishi tezligi silliq yuzalarga qaraganda 40% tezroq.
3D bosib chiqarish 30% dan 80% gacha g'ovaklik va 100 dan 1000 mkm gacha bo'lgan g'ovakli tuzilmalarni yaratishi mumkin, bu tabiiy suyak trabekulalari qanday ishlashiga o'xshaydi. Issiqlik bilan ishlov berish, gözenekli joylarda stress kontsentratsiyasidan xalos bo'lish orqali strukturaning barqaror bo'lishini ta'minlaydi. Misol uchun, HIP bilan davolashdan so'ng, gözenekli titanium qotishma interbody termoyadroviy qurilmalari klinik foydalanish uchun zarur bo'lgan 100 MPa dan yuqori yuklarga bardosh bera oladi.
Giyohvand moddalarni yuklashni qo'llab-quvvatlash: Isitish implantlari o'zlarining sirtlarining kimyoviy xususiyatlarini o'zgartirishi mumkin, bu esa dori qoplamalariga yopishish joylarini beradi. Misol uchun, magniy oksidi qatlami 3D{2}}bosilgan magniy qotishma tomir stentining yuzasida tavlangandan keyin hosil bo'ladi. Bu qatlam mahalliy barqaror chiqarilishiga erishish uchun jismoniy adsorbsiya orqali{4}}proliferatsiyaga qarshi dori-darmonlarni ushlab turishi mumkin.
4. Sanoat me'yorlari va sertifikatlash talablari: issiqlik bilan ishlov berish talab qilinadi
Tibbiy implantlar FDA, Idoralar va NMPA kabi qattiq guruhlar tomonidan sertifikatlangan bo'lishi kerak. Issiqlik bilan ishlov berish sertifikatlash jarayonining muhim qismidir:
ISO 13485 standarti implant ishlab chiqaruvchilari harorat egri chiziqlari, atmosferani boshqarish va sinov ma'lumotlarini o'z ichiga olgan butun issiqlik bilan ishlov berish jarayonining batafsil yozuvlarini saqlashi kerakligini aytadi.
ASTM F3001 standartida aytilishicha, 3D bosilgan titanium qotishma implantlari uchun tavlanish harorati donalarning haddan tashqari qo'pol bo'lib qolmasligi uchun 650 dan 750 darajagacha saqlanishi kerak.
YY/T 0640 standarti: HIP bilan ishlov berishdan so'ng, kobalt xrom qotishma implantlari 0,1% dan ko'p bo'lmagan g'ovaklikka ega bo'lishi va uzluksiz g'ovak zanjirlari bo'lmasligi kerak.