Een van de meest gebruikte materialen bij het 3D-printen van metaal is een titaniumlegering-vooral Ti6Al4V. Uitstekende biocompatibiliteit, uitstekende specifieke sterkte, sterke corrosieweerstand en lichtgewicht kwaliteiten zijn hier in overvloed aanwezig. Tijdens het 3D-printproces vertonen titaniumlegeringen minder smeltfouten, waardoor gepolijste korrels met uitstekende mechanische eigenschappen kunnen ontstaan. Titaniumlegeringen hebben echter ook problemen met de bescherming tegen spanningen; hun elasticiteitsmodulus is veel hoger dan die van menselijke botten, wat onvoldoende spanning op de botten kan veroorzaken en hun toestand in gevaar kan brengen. Onderzoekers kijken naar nieuwe legeringsmaterialen en creatieve ontwerpideeën, zoals Ti-Ta en Ti-Nb-legeringen, waarvan de lagere elasticiteitsmodulus beter kan aansluiten bij de stijfheid van botten, waardoor de impact van spanningsafscherming wordt verminderd. Bovendien kan de stijfheid van het implantaat verder worden veranderd door het toepassen van een poreuze titaniumstructuur en productiemethoden zoals laserpoederbedsmelten (PBF-LB), waardoor de ontwikkeling van botweefsel wordt gestimuleerd en de botbinding wordt versterkt.
Vanwege hun grote slijtvastheid en hardheid, vooral in situaties met hoge-wrijving en hoge- spanning, worden kobalt-chroomlegeringen-vooral kobalt-chroom-molybdeenlegeringen- uitgebreid gebruikt in tandheelkundige implantaten, kunstmatige gewrichten en andere sectoren. Het succes van kobalt-chroomlegeringen ligt in hun speciale mix van componenten, waarbij chroom een oxidefilm op het oppervlak van de legering creëert, waardoor interne vloeistofcorrosie van implantaten wordt voorkomen. Hoewel de meeste CoCr-legeringen Ni bevatten dat allergische reacties kan veroorzaken, kan de grote elasticiteitsmodulus van kobalt-chroomlegeringen ook resulteren in spanningsafscherming. Ingenieurs pakken deze problemen aan met creatieve ontwerpen, waaronder functioneel gegradeerde poreuze structuren met verschillende poriegroottes en -dichtheden om te helpen bij het gelijkmatig overbrengen van druk, het verlagen van de botbelasting en zo het minimaliseren van stressafschermende effecten. Tegelijkertijd verbeteren oppervlaktecoating en behandelingsmethoden de biocompatibiliteit van metalen oppervlakken, waardoor botintegratie wordt bevorderd en de prestaties en langetermijneffectiviteit van implantaten worden verbeterd.
Roestvast staal wordt vooral gebruikt in de 3D-printtechnologie voor de vervaardiging van botplaten en chirurgisch gereedschap en beschikt over een uitstekende mechanische sterkte en sterke corrosieweerstand. Vergeleken met titaniumlegeringen bieden roestvrijstalen materialen een betere oppervlaktegladheid omdat ze een redelijke biocompatibiliteit, hoge treksterkte en elastische modulus, goedkope productiekosten, bruikbaarheid, taaiheid en verhoogde thermische geleidbaarheid hebben. Maar degradatie op de lange- termijn en het vrijkomen van legeringselementen kunnen ertoe leiden dat roestvrij staal mogelijke ontstekingsreacties veroorzaakt; Fe-afgifte kan negatieve effecten hebben op cellen. Voor korte-implantaten, schroeven en chirurgische apparatuur wordt doorgaans roestvrij staal gebruikt.
Uitstekende biocompatibiliteit, sterke corrosieweerstand, grote sterkte en elastische modulus definiëren de tantaallegering. Tantaallegeringen leveren echter bepaalde problemen op bij additieve productie, waaronder hoge kosten en dichtheid, evenals problemen met de bescherming tegen spanningen-dat wil zeggen een hogere elasticiteitsmodulus dan Ti. Tantaallegeringen zijn over het algemeen geschikt voor gebruik als kleine implantaatcomponenten, poreuze implantaten en implantaatcoatings die de botintegratie-eigenschappen verbeteren. Klinisch gezien is bij procedures voor spataderen in de ledematen, maar ook voor spataderen in de heupen en de wervelkolom, gebruik gemaakt van 3D-geprint poreus tantaalmetaal en is een goede effectiviteit aangetoond. Niet alleen helpt het 3D-printen van poreus tantaalmetaal bij het ontwerpen en vervaardigen van biomimetische bottrabeculaire structuren, maar het heeft ook een goede celadhesie en biocompatibiliteit. De elastische modulus en sterkte van dit materiaal zijn inmiddels geschikt voor de lokale omgeving. De impact op het postoperatieve functionele herstel is goed, en volgens de gegevens van het klinische onderzoek kan 3D-geprint poreus tantaalmetaal zich sterk binden aan botten.
Vanwege hun lage dichtheid, grote sterkte-tot-gewichtsverhouding en Young's modulus-achtige botten, hebben magnesiumlegeringen aanzienlijke belangstelling getrokken in het biologische domein. De in vivo afbrekende eigenschappen van magnesiumlegering maken het perfect geschikt voor biologisch afbreekbare metalen, waardoor een nieuw domein wordt geopend voor het gebruik van orthopedische implantaten. Niettemin leveren de snelle degradatie-eigenschappen van magnesiumlegeringen in vivo ook problemen op, dus zoeken onderzoekers naar manieren om de desintegratiesnelheid ervan te vertragen om totale absorptie te garanderen en de nodige ondersteuning te bieden.
Binnen de orthopedie hangt de duurzaamheid op de lange- termijn van implantaten en de revalidatieresultaten van patiënten rechtstreeks af van de biocompatibiliteit van metalen 3D-printmaterialen. Vanwege hun uitstekende mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit worden titaniumlegeringen en kobalt-chroomlegeringen bijvoorbeeld op grote schaal gebruikt bij de productie van orthopedische implantaten, waaronder kunstmatige gewrichten en botplaten. Problemen met spanningsafscherming kunnen echter de botkwaliteit in gevaar brengen, waardoor implantaatfalen en loskomen kan ontstaan. De spanningsafscherming kan worden verminderd, de botintegratie kan worden bevorderd en de stabiliteit op lange termijn van implantaten kan worden verbeterd door gebruik te maken van poreuze architecturen en nieuwe legeringsmaterialen. Bovendien kunnen zeer biocompatibele materialen, door de hersteltijd van patiënten te verkorten, ontstekingsreacties rond implantaten helpen minimaliseren, de genezing en regeneratie van weefsel bevorderen en het gebruik ervan vergemakkelijken.
Goede biocompatibiliteit en mechanische eigenschappen zijn voorwaarden voor tandheelkundige implantaten om hun stabiliteit op lange termijn in de orale omgeving te garanderen. Veel voorkomende materialen die in tandheelkundige implantaten worden gebruikt, zijn onder meer een titaniumlegering en een kobaltchroomlegering, die beide een sterke binding met omringend weefsel tot stand kunnen brengen, waardoor het risico op loskomen en loslaten van het implantaat wordt verminderd. Tegelijkertijd kan de 3D-printtechnologie geïndividualiseerde tandheelkundige implantaten aanpassen op basis van de mondconditie van de patiënt, waardoor het comfort voor de patiënt wordt vergroot en het slagingspercentage van implantatie wordt vergroot. Bovendien kan het gebruik van goede biocompatibiliteitsmaterialen de mondgezondheid van patiënten behouden en de incidentie van orale ontstekingen verminderen.
Goede biocompatibiliteit en corrosiebestendigheid zijn voorwaarden voor cardiovasculaire implantaten, waaronder cardiale stents en vasculaire stents, om hun werkzaamheid op de lange- termijn in vivo te garanderen. Het uitstekende vormgeheugeneffect en de biocompatibiliteit van nikkel-titanium-vormgeheugenlegeringen maken ze zeer gewild bij de productie van cardiovasculaire implantaten. Toch zou de introductie van nikkelionen in de menselijke omgeving enkele vragen kunnen oproepen. Door middel van 3D-printen en oppervlaktecomposietbehandeling kan de bereiding van poreuze nikkel-titaanlegeringen helpen de vrijgave van nikkelionen te verminderen en de biocompatibiliteit van materialen te verbeteren. Bovendien is het verhogen van de levenskwaliteit van de patiënt de vermindering van de vorming van bloedstolsels en de restenose van bloedvaten, mogelijk gemaakt door goed-biocompatibele cardiovasculaire implantaten.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-compact-heat-exchanger.html