Представлены стенты для артерий, изготовленные методом 3D-печати
Ученые Сибирского физико-технического института Томского государственного университета (СФТИ ТГУ) совместно с коллегами из НИТУ МИСИС экспериментально подтвердили, что тонкостенные конструкции из никелида титана (NiTi), созданные методом селективного лазерного плавления (SLM), по сверхэластичности не уступают аналогам, изготовленным традиционным способом.
Стенты из сплава NiTi широко применяют для протезирования подколенных артерий, которые испытывают экстремальные физиологические нагрузки. Благодаря сверхэластичности, изделия из этих сплавов могут выдерживать миллионы циклов деформации растяжением и изгибом в коррозионно-активной среде кровеносного русла. Сейчас такие стенты вырезают лазером из массивных заготовок NiTi, полученных с применением термомеханической обработки — прокатки и ротационной ковки. Это обеспечивает хорошую внутреннюю структуру и физико-механические свойства, а последующая магнитоэлектрополировка делает поверхность стентов гладкой.
«Однако эти методы крайне неэффективны с точки зрения экономики. При использовании массива сплава для стентов до 90 % материала идет в отходы. Поэтому производители нацелены на то, чтобы развивать методы более экономичной лазерной наплавки. К таким методам можно отнести 3D-печать на основе SLM с локализованной подачей порошка NiTi в область воздействия лазерного луча. Исследований с использованием этого метода мало даже в масштабах мировой науки, поэтому результаты, полученные коллективом нашей лаборатории, актуальны», — пояснила один из авторов исследования, заведующая лабораторией медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ ТГУ Екатерина Марченко.
Исследователи изучили механические свойства тонкостенных конструкций с внутренней ячеистой структурой, изготовленных методом лазерной наплавки порошка TiNi. По словам ученых, ячеистое заполнение, подобное пчелиным сотам, позволяет достичь баланса между прочностными характеристиками и экономией дорогостоящего материала. Эксперименты проходили в два этапа. Сначала ученые испытали на растяжение до разрыва пять образцов, полученных при разных режимах SLM. На этом этапе была определена максимальная деформация образцов до разрушения и их пределы растяжения. Затем в результате циклических испытаний физики СФТИ ТГУ определили оптимальные параметры лазерного воздействия, обеспечивающие минимальную остаточную деформацию при циклическом растяжении модельных конструкций.
«Мы обнаружили, что при промежуточной скорости сканирования лазерного луча 600 мм/с, благодаря сбалансированному фазовому составу и низкой дефектности микроструктуры, достигнута максимальная деформация около 8,5 %, свойственная биологическим тканям, и наилучшая сверхэластичность. При этом все образцы продемонстрировали полностью обратимую деформацию, что делает их пригодными для длительной работы в кровеносных сосудах. Это очень хороший признак — с учетом дальнейших исследований и совершенствования технологического процесса, свойства таких конструкций вполне приемлемы для биомедицинского применения», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы СФТИ ТГУ Юрий Ясенчук.
Исследователи отмечают, что конструкции SLM-NiTi имеют более шероховатую поверхность из-за особенностей процесса лазерной сварки. Однако даже с учетом дополнительной бесконтактной лазерной постобработки технология 3D-печати на основе SLM выигрывает в материалоемкости, энергоемкости и себестоимости у применяемых в настоящее время технологических процессов.
Статья об исследовании опубликована в Journal of Alloys and Compounds издательства Elsevier.
Исследования проводятся в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № FSWM-2025-0009.
Источник: Пресс-служба ТГУ