CC BY
5
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Романова, А.М. Исследование влияния Ta и Zr на структуру и свойства сплава 316L, получаемого методом прямого лазерного нанесения металла для костного имплантата / А.М. Романова, А.И. Горунов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение. Материаловедение. - 2024. -Т. 26, № 1. - С. 74-83. DOI: 10.15593/2224-9877/2024.1.09
Please cite this article in English as (Perm Polytech Style):
Romanova A.M., Gorunov A.I. Study of the influence of Ta and Zr on the structure and properties of the 316L alloy obtained by direct laser application of metal for bone implant. Bulletin of PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2024, vol. 26, no. 1, pp. 74-83. DOI: 10.15593/2224-9877/2023.4.09
ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение
Т. 26, № 1, 2024 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science
http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/
Научная статья
DOI: 10.15593/2224-9877/2024.1.09 УДК 621.791.011
А.М. Романова, А.И. Горунов
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ, Казань, Российская Федерация
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ TA И ZR НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВА 316L, ПОЛУЧАЕМОГО МЕТОДОМ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛА ДЛЯ КОСТНОГО ИМПЛАНТАТА
Аддитивное производство - это инновационный подход к созданию изделий, основанный на выращивании изделий послойно; позволяет изготавливать сложные и уникальные детали, которые не могут быть получены традиционными методами. Также такая технология позволяет сократить время и затраты на производство, улучшить качество и точность изделий. Благодаря широкому спектру материалов и возможность создавать сложные структуры, аддитивное производство нашло применение в различных отраслях, включая авиацию, машиностроение и медицину. В медицинской отрасли с помощью аддитивного производства изготавливаются точные имплантаты, протезы и другие изделия, соответствующие анатомическим особенностям. Кроме того, аддитивные технологии позволяют создать сложные внутренние структуры для облегчения изделия и придания ему других характеристик.
В настоящем исследовании изучается возможность применения для имплантации конечностей стальных материалов (стали AISI 316L), а также печать решётчатых структур методом прямого лазерного нанесения металла. Научные источники показали возможность использования стали для имплантации. В результате получены пять образцов, напечатанных при следующих мощностях лазерного излучения: 60, 90, 120, 150 и 180 Вт. Образцы исследовались в продольном и поперечном сечении. Анализируя полученные данные, выявлена зависимость высоты наплавленного валика от мощности лазерного излучения. Градиентные показатели твёрдости обнаружены в каждом из образцов: в зоне термического влияния показатели выше, чем в верхних слоях. Искусственно созданную решётчатую структуру имеет образец, напечатанный при мощности 60 Вт. Показатели твёрдости для всех образцов варьируются от 180 до 260 HV 0,2. На микроструктуре обнаружены включения, в центре и вокруг которых высокие показатели твёрдости.
Ключевые слова: аддитивное производство, стальной сплав, имплантат, лазерная наплавка, материал, порошковая смесь, образец, решётчатая структура, микроструктура, микротвёрдость.
A.M. Romanova, A.I. Gorunov
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI, Kazan, Russian Federation
STUDY OF THE INFLUENCE OF TA AND ZR ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF THE 316L ALLOY OBTAINED BY DIRECT LASER APPLICATION
OF METAL FOR BONE IMPLANT
Additive production is an innovative approach to product creation based on growing products layer by layer. It makes it possible to produce complex and unique parts that cannot be obtained by traditional methods. It also reduces production time and costs, and improves product quality and accuracy. With a wide range of materials and the ability to create complex structures, additive manufacturing has found its applications in various industries, including aviation, engineering and medicine. In the medical industry, additive production is widely used. Precise implants, prostheses and other anatomical features are produced. In addition, additive technologies can create complex internal structures to facilitate the product and give it other characteristics.
This study examines the possibility of using steel materials for the implantation of limbs (for this particular article AISI 316L steel), as well as printing of lattice structures by direct laser application of metal. Scientific sources have shown the possibility of using steel for implantation. As a result, 5 samples were printed at the following laser emission capacities: 60, 90, 120, 150 and 180 W. The samples were examined in longitudinal and cross section. Analyzing the obtained data, the dependence of the height of the floated roller on the power of laser radiation is revealed. Gradient solidity is found in each of the specimens, with higher values in the thermal zone than in the upper layers. from all available samples. Artificially created lattice structure has a sample printed at 60 W. The hardness values for all samples range from 180 HV 0.2 to 260 HV 0.2. There are inclusions on the microstructure, in the center and around of which there are high levels of hardness.
Keywords: additive manufacturing, steel alloy, implant, laser cladding, material, powder mixture, sample, lattice structure, microstructure, microhardness.
Аддитивные технологии сегодня являются неотъемлемой частью машиностроительной, авиационной, космической и медицинской отраслей. Это универсальные технологии с широкими возможностями применения. Гибкость 3Б-печати позволяет компаниям легко интегрировать принтеры в свои рабочие процессы для оптимизации производственных процессов и повышения качества продукции [1-4].
В медицинской промышленности набирает обороты изготовление индивидуальных импланта-тов и протезов с помощью аддитивного производства (АП). В результате получается точное изделие индивидуальной, анатомической формы, имеющее сложную (пористую, решётчатую) внутреннюю структуру, обладающие схожестью со структурой человеческой кости. Такой имплантат сокращает время восстановления пациента [5-8].
На сегодняшний день в медицинской промышленности применяются следующие методы АП: селективное лазерное плавление (спекание), электронно-лучевое плавление, прямое лазерное нанесение металла и др. [9; 10]. В статье [11] с помощью технологии селективного лазерного плавления сконструирована и напечатана пористая структура, соответствующая естественному состоянию бедренной кости. В исследовании [12] изучалась прочность сцепления пористого имплантата с костью, изготовленного технологией электронно-лучевого плавления. Результаты показали благоприятное гистологическое врастание. В работе [13] изготовлены образцы из композиционных материалов для костного имплантата технологией прямого лазерного нанесения металла. Полученные результаты говорят о потенциале комплексного использования
этих композитов и технологии прямого лазерного нанесения металла, использования его в качестве материала для применения в несущих имплантатах.
Изготовление протеза или имплантата происходит следующим образом: с помощью компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) или иным способом сканируется и моделируется повреждённый участок ткани, программно исправляется, полученный объект разбивается на слои, генерируется код и происходит процесс печати.
В текущем исследовании применяется технология прямого лазерного нанесения металла (рис. 1). Эта технология основана на соосной (боковой) подаче порошкового материала и лазерного излучения в одну точку с последующим сплавлением.
Рис. 1. Процесс прямого лазерного нанесения металла: 1 - лазерный луч; 2 - подача порошкового материала; 3 - защитный газ; 4 - наплавленный материал; 5 - зона термического влияния; 6 - ванна расплава; 7 - подложка
Таблица 1
Химический состав стали AISI 316L, %
C Mn P S Si Cr Ni Mo Ti Fe
<0,03 <2,0 <0,045 <0,03 <1,0 16,0-18,0 10,0-14,0 2,0-3,0 <0,5 Остальное
Таблица 2
Химический состав циркониевого порошка ПЦрК-1, %
Zr Fe Ca Cl C
97,0 0,039 0,05 0,001 0,01
Таблица 3
Массовая доля примесей в порошке тантала ТаПМ, %
Mn 0,00014 Ti <0,0003 Co <0,0001 O 0,17 Cu 0,00035
Mg 0,00016 Cr 0,00032 Na <0,0001 C <0,005 Ca <0,0003
Ni 0,00029 Sn 0,00010 H <0,005 Si <0,001 Nb 0,0029
Al <0,0003 Zr <0,0003 N 0,0026 Fe <0,001 W <0,0003
Mo <0,0001
Решётчатые структуры в имплантации сегодня позволяют улучшить адгезию между имплантатом и костью ввиду шероховатой поверхности после печати изделия, которая вследствие не потребует обработки, а также увеличить скорость транспортировки и проникновения в ткани жидкости. Такие конструкции имеют существенные преимущества перед твёрдыми конструкциями, когда речь заходит о разработке оптимальных по прочности и лёгкости конструкций [14-17].
Имплантаты изготавливаются из различных материалов. Материалы могут быть как биологическими, так и синтетическими [18]. Одним из распространённых материалов для имплантации костной ткани является титановый сплав. Титан - один из тех металлов, который биосовместим с человеческими тканями, имеет большой процент приживаемости, не токсичен и т.д. Но несмотря на большое количество преимуществ, имеется один недостаток - а именно дороговизна материала [19; 20].
В статье [21] утверждается, что имеющиеся имплантаты, изготовленные из нержавеющей стали 316Ь, корродировали. Но стоит заметить, что сталь 316Ь - это первый материал, который рекомендуется для изготовления краткосрочных имплантатов, а также в виде элементов остеосинтеза, а именно гвоздей, винтов или пластин [22-28].
Проблему можно решить добавлением легирующих элементов.
В данном исследовании осуществлена попытка получить образцы стального сплава для имплантации с добавлением легирующих элементов (титан, цирконий), изготовленные технологией прямого лазерного нанесения металла.
Методика проведения исследований
В исследовании использовались металлические порошки стали AISI 316L (ASTM A240), циркония ПЦрК1 (ТУ 48-4-234-84) и тантала ТаПМ (ТУ 95-250-74). Насыпная плотность 4,5; 6,51 и 5,2 г/см3 соответственно. Химический состав порошков, используемых для работы, представлены в табл. 1-3. Для лазерной наплавки образцов отбиралась фракция порошков стали и циркония 6390 мкм. Фракция отбиралась в просеивающей машине HAVER EML 315 digital plus с помощью сит. Размеры частиц порошка тантала варьировались от 5 до 63 мкм, просеивание которого не являлось целесообразным ввиду дороговизны данного материала. В конечном счете порошок тантала использовался в первозданном виде.
Порошки смешивались в пропорции 96-2-2 % (316L-Ta-Zr) во встряхивающем смесителе TURBULLA T2F. Перед наплавкой порошковая смесь подвергалась сушке в печи SNOL 60/300 без обдува в течение часа при температуре 50 °С.
Образцы печатались на подложке из аустенит-ной стали AISI 304 толщиной 5 мм и диаметром 32 мм. Запрограммированные размеры образцов 4x4x12 мм. Скорость движения лазерной головки 0,5 м/мин. Скорость подачи порошка 4 г/мин. Шаг по X и Z составил 0,4 мм. Движение лазерной головки описано с помощью G-code. Схема движения лазерной головки представлена на рис. 2.
Печать производилась при мощностях 60, 90, 120, 150 и 180 Вт для а, б, в, г, д образцов соответственно (рис. 3). Отслеживается зависимость высоты наплавленного валика от мощности лазерного излучения. Чем меньше мощность лазерного
излучения, тем ниже получившийся образец. С увеличением мощности улучшается качество образца, соответствующее заданным параметрам.
Рис. 2. Проверка G-code, визуализация траектории
Рис. 3. Образцы, напечатанные при мощностях: а - 60 Вт; б - 90 Вт; в - 120 Вт; г - 150 Вт; д - 180 Вт
Резка образцов осуществлялась на прово-лочно-вырезном станке АРТА 450 ПРО. Скорость резки образцов варьировалась от 1,5 до 2,3 мм/мин и регулировалась в процессе обработки. Порезанные образцы представлены на рис. 4. Продольные и поперечные разрезы выбраны для исследования в двух направлениях.
Рис. 4. Порезанные образцы
Поперечные и продольные шлифы изготовлены на автоматическом прессе SIMPLIMET XPS1 для горячей запрессовки. Шайба запекалась при температуре 220 °C в течение 3 мин с последующим её охлаждением в пределах 10-15 мин. Шлифовка производилась на полировальной машине BUEHLER ECOMET 300 PRO вручную с помощью шлифовальных кругов зернистостью Р180, Р360, Р650. В комплексе с полировальным кругом использовалась алмазная полировальная суспензия 15 мкм для достижения зеркального блеска.
Для визуализации микроструктуры образцов проведён этап травления в 5%-ном растворе серной кислоты H2SO4 в дистиллированной воде под напряжением 3,5 В в течение нескольких секунд.
Результаты и обсуждение эксперимента
На рис. 5 представлен общий план изображений поперечного и продольного разрезов для каждого из образцов. Видны чёткие границы образования слоёв на обоих видах. Визуально заметна зависимость толщины наплавленного слоя от мощности лазерного излучения. Для продольного разреза границы представлены в виде тонкой линии, а при поперечном разрезе в виде полусфер.
Ifiiiltii И 1
1 ' - 1
Рис. 5. Снятие размеров для поперечных (а-д) и продольных (е-к) образцов при мощностях: а, е - 60 Вт; б, ж - 90 Вт; в, з - 120 Вт; г, и - 150 Вт; д, к - 150 Вт
б
а
в
е
з
и
к
Высота, ширина и длина образцов определялась на микроскопе Zeiss Stemi 2000C. Взят ряд значений для вычисления средних показателей.
В табл. 4 представлены средние значения высоты, ширины и длины исследуемых образцов. Исходя из результатов полученных данных, можно сделать вывод, что с увеличением мощности лазерного излучения увеличивается и высота образца, принимая заложенные программой данные (заданные параметры 4x4x12 мм). Отклонения для длины образцов варьируются от 2-4 % от нормы и для ширины -2-16 %. Показатели высоты сильно разнятся: для первого и второго образцов - это 75 %, третьего -52 %, четвертого - 36 % и для пятого - 20 %.
Таблица 4
Средние значения высоты, ширины и длины образцов
Образец Высота, мкм Ср. знач. высоты, мкм Ширина, мкм Длина, мкм
продольный поперечный
60 Вт 945 926 936 4255 11953
90 Вт 1110 1111 1110 4308 12202
120 Вт 1828 2029 1928 4402 12051
150 Вт 2521 2611 2566 4480 12405
180 Вт 3201 3223 3212 4625 12505
Твёрдость определялась на автоматическом твердомере ТИКОМ 2500 по шкале НУ для каждого из образцов. Измерения проводились сверху вниз, то есть первые измерения соответствуют показателям твёрдости верхнего слоя образцов, а крайние в области зоны термического влияния подложки с наплавленным слоем. Нагрузка, подаваемая на ин-дентор, - 0,2 Н, время выдержки - 5 с, интервал между уколами - 0,2 мм. На рис. 6 представлены значения твёрдости для поперечных и продольных образцов.
Показатели варьировались от 180 до 300 НУ 0,2. Пики при наплавке в 120 и 180 Вт обусловлены попаданием индентора твердомера в трещину или пору образца. Самые низкие показатели твёрдости для поперечного и продольного образцов при мощности 120 Вт. Высокие показатели твёрдости у продольного образца при мощности 90 Вт и у поперечного при 150 Вт. Стабильные показатели твёрдости для поперечного и продольного образцов при мощности 180 Вт.
Проведено исследование на наличие дефектов внутренней микроструктуры. Вне зависимости от мощности лазерного излучения поры и трещины наблюдались в каждом образце (рис. 7).
При более тщательном рассмотрении внутренней структуры образцов замечен рост кристаллов другой морфологии (рис. 8). Отчётливо такая столбчатая структура наблюдается при поперечном разрезе.
260
g 250
5" 240 о.
1 230 | 220 ¡5 210
о
=£ 200
о.
ф
,£ 190 180
400 600
Расстояние, мкм
400 600 800 1000 Расстояние, мкм
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Расстояние, мкм
° & # »^VVVVVVVVVVVV0
Расстояние, мкм
д
Рис. 6. Значения твёрдости для продольных и поперечных образцов, наплавленных при мощности: а - 60 Вт; б - 90 Вт; в - 120 Вт; г - 150 Вт; д - 180 Вт
а
б
в
fcJsf/ y. : •
#
t
-1
200 um • у
г
Рис. 7. Трещины в поперечном разрезе при мощности 180 Вт (а) и 120 Вт (б); поры в поперечном разрезе при мощности 180 Вт (в) и в продольном при мощности 180 Вт (г)
Соответственно кристаллы росли перпендикулярно направлению наплавки. Показатели твёрдости такой структуры представлены в табл. 5. Анализируя результаты, выявлено, что при продольном разрезе показатели твёрдости отличались на 1-2 % от имеющихся, а при поперечном разрезе твёрдость оказалась выше почти на 40 %.
б
Рис. 8. Рост кристаллов другой морфологии: а - поперечный разрез при мощности 60 Вт; б - поперечный разрез при мощности 150 Вт
Таблица 5
Определение твёрдости кристаллической решетки
Образец 60 Вт 90 Вт 120 Вт 150 Вт 180 Вт
Поперечный 392 HV 368 HV 314 HV 287 HV 218 HV
Продольный 220 HV 202 HV 242 HV 240 HV 207 HV
Также в микроструктуре найдены включения (рис. 9), имеющие неправильную форму и являющиеся центром кристаллизации. Для более тщательного исследования требуется элементный анализ, но стоит предположить, что это тантал, который стал центром кристаллизации. Кристаллы, выросшие вокруг этого центра, имеют мелкозернистую структуру. Показатели измерения твёрдости (рис. 10) при стандартной нагрузке 0,2 Н составили
1379 НУ 0,2 для первого измерения и 1576 НУ 0,2 для второго измерения, что в 6 раз выше среднего значения твёрдости.
TV*.' -v., .. .-Т.".
а
г
Рис. 9. Включения в микроструктуре поперечного разреза образцов: а, б - 90 Вт; в - 180 Вт; г - 150 Вт
В процессе принято решение увеличить нагрузку до 0,5 Н, но включение потрескалось. Причина кроется в высокой температуре плавления
тантала и циркония, соответственно трещины пошли по границе спекания частиц. Четвёртый показатель твёрдости измерялся за пределами включения в области мелкозернистой структуры и составил 490 НУ 0,2, что почти в 2 раза больше среднего значения.
образца 60 Вт при нагрузках 0,2 Н (а, б, г) и 0,5 Н (в)
Заключение
В результате исследований наплавлено пять образцов порошковой смесью из стали А]Ш 316Ь, циркониевого порошка ПЦрК-1, порошка тантала ТаПМ в пропорциях 92-2-2 % соответственно. Печать осуществлялась при мощностях 60, 90, 120, 150 и 180 Вт.
Замечена зависимость высоты наплавленных образцов от мощности лазерного излучения. В дальнейшем такую проблему можно решить уменьшением скорости движения лазерной головки для равномерного распределения материала.
В ходе эксперимента также не удалось достигнуть чёткой искусственно созданной решётчатой структуры. Рассматривая микроструктуру поперечного разреза, напечатанного при мощности лазерного излучения 60 Вт, заметно слабое спекание между наплавляющими дорожками.
Показания твёрдости для всех образцов варьировались от 180 до 300 по Виккерсу при нагрузке 0,2 Н. На получившихся графиках наблюдаются градиентные показатели твёрдости. В зоне термического влияния твёрдость оказалась выше, чем в верхних слоях наплавленных образцов.
Поры и трещины обнаружены в каждом из образцов, также замечена закономерность возникновения трещин на границе соприкосновения слоёв.
В микроструктуре обнаружены рост кристаллов иной морфологии, а также включения, являющиеся центром кристаллизации, для исследования которых требуется элементный анализ.
Библиографический список
1. Виниченко, А.В. Исследование применения аддитивных технологий в производстве аэрокосмической отрасли / А. В. Винниченко // Метрологическое обеспечение инновационных технологий, Санкт-Петербург. -2020. - С. 121-122.
2. Левин, Э.Т. 3D-печать в машиностроении / Э.Т. Левин, А.А. Леонов // Материалы XIV международной научно-практической конференции, посвященной памяти доцента М.А. Анфиногенова. - Новосибирск, 2022. - С. 134-137.
3. Рощин, Д.Р. 3D-машины. Аддитивные технологии. Эксплуатация и анализ / Д.Р. Рощин, В.С. Обозний // Молодежная наука. Сборник лучших научных работ молодых ученых, Краснодар. - 2021. - С. 144-146.
4. Additive manufacturing techniques, their challenges, and additively manufactured composites for advanced engineering applications / Md Mazedur Rahman [et al.] // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. - 2023.
5. Isotropic octet-truss lattice structure design and anisot-ropy control strategies for implant application / Jiawei Feng [et al.] // Materials & Design. - 2021. - Vol. 203. - P. 109595.
6. Current trend of lattice structures designed and analysis for porous hip implants: A short review / Nik Nur Ain Azrin Abdullah [et al.] // Materials Today: Proceedings. - 2023.
7. Axial tension/compression and torsional loading of diamond and gyroid lattice structures for biomedical implants: Simulation and experiment / Anatolie Timercan [et al.] // Materials & Design. - 2023. - Vol. 225. - P. 111585.
8. Additively manufactured lattice structures with controlled transverse isotropy for orthopedic porous implants / Markel Alana [et al.] // Computers in Biology and Medicine. -2022. - Vol. 150. - P. 105761.
9. Recent advances of additive manufacturing in implant fabrication - A review / Md Hosne Mobarak [et al.] // Applied Surface Science Advances. - 2023. - Vol. 18. -P. 100462.
10. Pothala, Srinivas Recent advances of metallic biomaterials in additive manufacturing in biomedical implants -A review / Srinivas Pothala, M.V Jagannadha Raju // Materials Today: Proceedings. - 2023.
11. Compressive properties and deformation mechanism of selective laser melting of Ti6Al4V porous femoral implants based on topological optimization / Hai Li [et al.] // Composite Structures. - 2023. - Vol. 321. - P. 117326.
12. Bone bonding strength of diamond-structured porous titanium-alloy implants manufactured using the electron beam-melting technique / Daisuke Hara [et al.] // Materials Science and Engineering: C. - 2016. - Vol. 59. - P. 1047-1052.
13. Novel carbon nanotubes reinforced Ti28Nb35.4Zr matrix composites fabricated via direct metal deposition for bone implant applications / Khurram Munir [et al.] // Materi-alia. - 2023. - Vol. 29. - P. 101786.
14. Influence of the roughness of dental implants obtained by additive manufacturing on osteoblastic adhesion and proliferation: A systematic review / Juliana Dias Corpa Tar-delli [et al.] // Heliyon. - 2022. - Vol. 8, iss. 12. - P. e12505.
15. Hybrid surface implants: Influence of residual stress on mechanical behavior, evaluated by finite element analysis and validation by fatigue tests / Marta Sanjuan [et al.] // Dental Materials. - 2023.
16. Feasibility evaluation of a new lattice for porous surface design in additive manufacturing medical implants under interfacial tensile bonded testing / Yu-Tzu Wang [et al.] // Additive Manufacturing. - 2023. - Vol. 66. -P. 103455.
17. Polymeric composites of cubic-octahedron and gy-roid lattice for biomimetic dental implants / Bankole I. Oladapo [et al.] // Materials Chemistry and Physics. - 2022. -Vol. 289. - P. 126454.
18. Предеин, Ю.А. Костные и клеточные имплан-таты для замещения дефектов кости / Ю.А. Предеин, В.В. Рерих // Современные проблемы науки и образования. - 2016. - № 6.
19. Сравнительная характеристика материалов, применяемых в стоматологической имплантации / А.А. Егоров, М.Н. Дровосеков, А.М. Аронов, О.М. Рож-нова, О.П. Егорова // Бюллетень Сибирской медицины. -2014. - Т. 3, № 6. - С. 41-47.
20. Inamuddin. Magnesium-based alloys and nanocom-posites for biomedical application / Magesh Sankar [et al.] // Applications of Nanocomposite Materials in Orthopedics. -2019. - P. 83-109.
21. Boutrand, J.P. Efficient evaluations of bone implants performances / J.P. Boutrand // Biocompatibility and Performance of Medical Devices. - 2020. - P. 305-337.
22. Revell, Peter A. Materials for joint replacement / Ks Katti, D. Verma, Dr. Katti // Joint Replacement Technology: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials. - 2008. - P. 81-104.
23. Fretting corrosion processes and wear mechanisms in medical implants / Yu Yan, J. Geringer, K. Kim, J. Pellier, D.D. Macdonald // Bio-Tribocorrosion in Biomaterials and Medical Implants: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials. - 2013. - P. 45-73.
24. Amirhossein, Goharian. Bioinert Metals (Stainless Steel, Titanium, Cobalt Chromium) / Amirhossein Goharian, Mohamed R. Abdullah // Trauma Plating Systems: Biome-chanical, Material, Biological, and Clinical Aspects. - 2017. -P. 115-142.
25. Biomaterials: design, development and biomedical applications / Sabu Thomas, Yves Grohens, Neethu Ninan, Gownolla Malegowd Raghavendra, Kokkarachedu Varapra-sad, Tippabattini Jayaramudu // Nanotechnology Applications for Tissue Engineering. - 2015. - P. 21-44.
26. Di Silvio, Lucy Cellular response to bioceramics / Lucy Di Silvio, A. Woesz, S.M. Best // Cellular Response to Biomaterials: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials. - 2009. - P. 136-155.
27. Wandelt, Klaus Corrosion in Biomedical Applications / Klaus Wandelt, S. Virtanen // Encyclopedia of Interfacial Chemistry: Surface Science and Electrochemistry. -2018. - P. 128-133.
28. Пат. 20450 РФ. Металлический имплантат различного назначения для травматологии и ортопедии. -№ 2001110820/20; заявл. 25.04.2001; опубл. 10.11.2001. - 9 с.
References
1. Vinnichenko A.V. Issledovanie primeneniia ad-ditivnykh tekhnologii v proizvodstve aerokosmicheskoi ot-rasli [Exploring the use of additive technologies in aerospace manufacturing]. Metrologicheskoe obespechenie inno-vatsionnykh tekhnologii, Sankt-Peterburg, 2020, pp. 121-122.
2. Levin E.T., Leonov A.A. 3D pechat' v mashi-nostroenii [3D printing in mechanical engineering]. Materialy XIV mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posviashchennoi pamiati dotsenta M.A. Anfinogenova. Novosibirsk, 2022, pp. 134-137.
3. Roshchin D.R., Oboznii V.S. 3D-mashiny. Addi-tivnye tekhnologii. Ekspluatatsiia i analiz [Additive technologies. Operation and analysis]. Molodezhnaia nauka. Sbornik luchshikh nauchnykh rabot molodykh uchenykh, Krasnodar, 2021, pp. 144-146.
4. Md Mazedur Rahman et al. Additive manufacturing techniques, their challenges, and additively manufactured composites for advanced engineering applications. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2023.
5. Jiawei Feng et al. Isotropic octet-truss lattice structure design and anisotropy control strategies for implant application. Materials and Design, 2021, vol. 203, pp. 109595.
6. Nik Nur Ain Azrin Abdullah et al. Current trend of lattice structures designed and analysis for porous hip implants: A short review. Materials Today: Proceedings, 2023.
7. Timercan A. et al. Axial tension/compression and torsional loading of diamond and gyroid lattice structures for biomedical implants: Simulation and experiment. Materials and Design, 2023, vol. 225, p. 111585.
8. Markel Alana et al. Additively manufactured lattice structures with controlled transverse isotropy for orthopedic porous implants. Computers in Biology and Medicine, 2022, vol. 150, p. 105761.
9. Md Hosne Mobarak et al. Recent advances of additive manufacturing in implant fabrication. A review. Applied Surface Science Advances, 2023, vol. 18, p. 100462.
10. Srinivas P., Jagannadha Raju M.V. Recent advances of metallic bio-materials in additive manufacturing in biomedical implants. A review. Materials Today: Proceedings, 2023.
11. Hai Li et al. Compressive properties and deformation mechanism of selective laser melting of Ti6Al4V porous femoral implants based on topological optimization. Composite Structures, 2023, vol. 321, p. 117326.
12. Daisuke Hara et al. Bone bonding strength of diamond-structured porous titanium-alloy implants manufactured using the electron beam-melting technique. Materials Science and Engineering: C, 2016, vol. 59, pp. 1047-1052.
13. Khurram Munir et al. Novel carbon nanotubes reinforced Ti28Nb35.4Zr matrix composites fabricated via direct metal deposition for bone implant applications. Materialia, 2023, vol. 29, p. 101786.
14. Juliana Dias Corpa Tardelli et al. Influence of the roughness of dental implants obtained by additive manufacturing on osteoblastic adhesion and proliferation: A systematic review. Heliyon, 2022, vol. 8, iss. 12, p. 12505.
15. Marta Sanjuan et al. Hybrid surface implants: Influence of residual stress on mechanical behavior, evaluated by finite element analysis and validation by fatigue tests. Dental Materials, 2023.
16. Yu-Tzu Wang et al. Feasibility evaluation of a new lattice for porous surface design in additive manufacturing medical implants under interfacial tensile bonded testing. Additive Manufacturing, 2023, vol. 66, p. 103455.
17. Bankole I. Oladapo et al. Polymeric composites of cubic-octahedron and gyroid lattice for biomimetic dental implants. Materials Chemistry and Physics, 2022, vol. 289, p. 126454.
18. Predein Iu.A., Rerikh V.V. Kostnye i kletoch-nye implantaty dlia zameshcheniia defektov kosti [Bone and cellular implants for replacement of bone defects]. Sovremen-nye problemy nauki i obrazovaniia, 2016, no. 6.
19. Egorov A.A., Drovosekov M.N., Aronov A.M., Rozhnova O.M., Egorova O.P. Sravnitel'naia kharakteristika materialov, primeniaemykh v stomatologicheskoi implantatsii [Comparative characterization of materials used in dental implantation]. Biulleten'sibirskoi meditsiny, 2014, vol. 3, no. 6, pp. 41-47.
20. Sankar M. et al. Inamuddin. Magnesium-based alloys and nanocomposites for biomedical application. Applications of Nanocomposite Materials in Orthopedics, 2019, pp. 83-109.
21. Boutrand J.P. Efficient evaluations of bone implants performances. Biocompatibility and Performance of Medical Devices, 2020, pp. 305-337.
22. Peter A., Katti Ks., Verma D., Revell K. Materials for joint replacement. Joint Replacement Technology: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials, 2008, pp. 81-104.
23. Yu Ya., Geringer J., Kim K., Pellier J., Macdonald D.D. Fretting corrosion processes and wear mechanisms in medical implants. Bio-Tribocorrosion in Biomaterials and Medical Implants: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials, 2013, pp. 45-73.
24. Goharian A., Mohamed R. Abdullah Amirhossein Goharian. Bioinert Metals (Stainless Steel, Titanium, Cobalt Chromium). Trauma Plating Systems: Biomechanical, Material, Biological, and Clinical Aspects, 2017, pp. 115-142.
25. Sabu Th., Yves G., Neethu N. et al. Biomaterials: Design, Development and Biomedical Applications. Nanotechnol-ogy Applications for Tissue Engineering, 2015, pp. 21-44.
26. Silvio L., Woesz A., Best S. M. Cellular response to bioceramics. Cellular Response to Biomaterials: A volume in Woodhead Publishing Series in Biomaterials, 2009, pp. 136-155.
27. Wandelt K., Virtanen S. Corrosion in Biomedical Applications. Encyclopedia of Interfacial Chemistry: Surface Science and Electrochemistry, 2018, pp. 128-133.
28. Metallicheskii implantat razlichnogo naznache-niia dlia travmatologii i ortopedii [Metal implant for various applications in traumatology and orthopedics]. Patent Rossi-iskaia Federatsiia, no. 2001110820/20 (2001).
Поступила: 30.11.2023
Одобрена: 27.12.2023
Принята к публикации: 15.02.2024
Об авторах
Романова Анастасия Михайловна (Казань, Российская Федерация) - аспирант кафедры лазерных и аддитивных технологий (Российская Федерация, 420126, г. Казань, ул. Четаева, 18, e-mail: [email protected]).
Горунов Андрей Игоревич (Казань, Российская Федерация) - доктор технических наук, профессор кафедры лазерных и аддитивных технологий (Российская Федерация, 420126, г. Казань, ул. Четаева, 18, e-mail: [email protected]).
About the authors
Anastasia M. Romanova (Kazan, Russian Federation) - Postgraduate Student, Department of Laser and
Additive Technologies (18, Chetaev str., Kazan, 420126, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
Andrey I. Gorunov (Kazan, Russian Federation) -Doctor of Technical Sciences, Professors of the Department of Laser and Additive Technologies (18, Chetaev str., Kazan, 420126, Russian Federation, e-mail: gorunow.an-drej @yandex.ru).
Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 23-29-00219.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
