У Пермi розробили технологію 3D-друку стентів для коронарних судин серця.

Стаття опублікована в журналі Materials. Дослідження виконане за фінансової підтримки Російського наукового фонду.

Ішемічна хвороба серця займає провідну позицію серед серцево-судинних захворювань дорослого населення, смертності та інвалідизації у світі. Для її лікування використовують коронарні стенти – металеві каркаси, які встановлюють у просвіт судини в місці його звуження. Таким чином, вони відновлюють кровотік і зменшують ускладнення.

Вимоги до якості таких імплантатів високі, тому й методика їх виготовлення повинна бути чітко налаштованою. Останні 10 років серцево-судинні стенти створюються з використанням технології лазерного різання, однак все більш затребуваним стає метод селективного лазерного плавлення, оскільки він дозволяє друкувати персоналізовані вироби зі складною структурою з металу. Проте існує нестача інформації про його застосування у виробництві імплантатів.

Вчені Пермського Політеху розробили двоетапну технологію селективного лазерного плавлення серцево-судинних стендів із кобальт-хромового сплаву та визначили найбільш підходящі режими їх виготовлення.

«Перед тим як приступати до технології друку, потрібно спроектувати 3D-модель майбутнього стенду та оцінити властивості його матеріалу – металевого порошку. Для виготовлення імплантатів у медицині часто використовують сплав із кобальт-хрому – він нетоксичний, не викликає алергічних реакцій, міцний і довговічний. Важливо, щоб він зберігав усі ці властивості та не містив шкідливих домішок», – пояснює Олексій Кучумов, доцент кафедри «Вычислительная математика, механика и биомеханика», завідувач лабораторією біожидкостей ПНІПУ, доктор фізико-математичних наук.

«На першому етапі ми провели чисельне моделювання плавлення та визначили оптимальні ширину, висоту і глибину проникнення лазера. Це важливо, оскільки при занадто малих значеннях стенд буде недопустимо тонким і недостатньо міцним, а при занадто великих відбудеться відхилення від 3D-моделі. Розраховувалося також теплове розподілення процесу плавлення, щоб він був рівномірним. Чисельне моделювання дозволяє уникнути численних ресурсозатратних експериментів для визначення підходящих режимів друку імплантатів», – розповідає Андрій Дроздов, старший викладач кафедри «Інноваційні технології машинобудування», науковий співробітник лабораторії біожидкостей ПНІПУ.

На другому етапі політехніки приступали до самого виготовлення стенду селективним лазерним плавленням з урахуванням тих значень, які були розраховані на першому етапі.

«За результатами експерименту ми визначили найбільш оптимальні параметри друку. Ураховували час експозиції (як довго виріб буде піддаватися лазерному випромінюванню принтера), відстань від однієї точки засвічення до іншої та потужність лазера принтера. Найбільш підходящими режимами стали 40 мікросекунд при 15 мікрометрах, а також 60 мікросекунд при 10 мікрометрах – все це на потужності 40 або 42,5 Вт. Непридатними режимами виявилися 20 мікросекунд при 5-15 мікрометрах. У стендів, які були надруковані з такими параметрами, виявлялися дефекти – занадто багато пор, тріщин тощо», – розповідає Поліна Кіліна, доцент кафедри «Інноваційні технології машинобудування», провідний науковий співробітник лабораторії біожидкостей ПНІПУ, кандидат технічних наук.

Двоетапна технологія селективного лазерного плавлення, яку розробили вчені Пермського Політеху, може стати альтернативою виготовленню мікротрубок і лазерній мікрорізці. Чітке моделювання та оптимізація параметрів друку дозволяють створювати більш надійні персоналізовані імплантати за індивідуальною 3D-моделлю, що здатне покращити стан пацієнтів і підвищити ефективність лікування ішемічної хвороби серця.