Tra i materiali più utilizzati nella stampa 3D di metalli c'è la lega di titanio-in particolare Ti6Al4V. Qui abbondano eccellente biocompatibilità, eccezionale resistenza specifica, forte resistenza alla corrosione e qualità di leggerezza. Durante il processo di stampa 3D, le leghe di titanio mostrano meno difetti di fusione, che possono generare grani lucidi con eccellenti qualità meccaniche. Le leghe di titanio, tuttavia, presentano anche problemi di protezione dalle sollecitazioni; il loro modulo elastico è di gran lunga superiore a quello delle ossa umane, il che può causare uno stress inadeguato sulle ossa e comprometterne le condizioni. I ricercatori stanno esaminando nuovi materiali in lega e idee di design creativo, come le leghe Ti-Ta e Ti-Nb, il cui modulo elastico inferiore può adattarsi meglio alla rigidità delle ossa, riducendo quindi l'impatto della protezione dallo stress. Inoltre, la rigidità dell'impianto può essere ulteriormente modificata applicando una struttura porosa in titanio e metodi di produzione come la fusione laser a letto di polvere (PBF-LB), incoraggiando così lo sviluppo del tessuto osseo e il rafforzamento del legame osseo.
A causa della loro elevata resistenza all'usura e durezza, in particolare in situazioni di-attrito elevato e-stress elevato, le leghe di cobalto-cromo-soprattutto le leghe di cobalto-cromo-molibdeno-sono ampiamente utilizzate negli impianti dentali, nelle articolazioni artificiali e in altri settori. Il successo delle leghe di cobalto-cromo risiede nella loro speciale miscela di componenti, per cui il cromo crea una pellicola di ossido sulla superficie della lega, prevenendo così la corrosione interna degli impianti da parte dei fluidi. Sebbene la maggior parte delle leghe CoCr contengano Ni che può indurre reazioni allergiche, l'elevato modulo elastico delle leghe di cobalto-cromo può anche provocare una protezione dalle sollecitazioni. Gli ingegneri stanno affrontando questi problemi con progetti creativi, comprese strutture porose funzionalmente classificate con diverse dimensioni e densità dei pori per favorire la trasmissione equa della pressione, ridurre il carico osseo e quindi minimizzare gli effetti di protezione dallo stress. Allo stesso tempo, i metodi di rivestimento e trattamento superficiale migliorano la biocompatibilità delle superfici metalliche, promuovendo così l'integrazione ossea e migliorando le prestazioni e l'efficacia a lungo termine degli impianti.
Utilizzato principalmente nella tecnologia di stampa 3D per la fabbricazione di placche ossee e strumenti chirurgici, l'acciaio inossidabile vanta un'eccezionale resistenza meccanica e una forte resistenza alla corrosione. Rispetto alle leghe di titanio, i materiali in acciaio inossidabile offrono una migliore levigatezza della superficie poiché hanno una ragionevole biocompatibilità, elevata resistenza alla trazione e modulo elastico, costi di produzione economici, usabilità, tenacità e maggiore conduttività termica. Ma la degradazione a lungo-termine e il rilascio di elementi leganti potrebbero far sì che l'acciaio inossidabile crei possibili reazioni infiammatorie; Il rilascio di Fe può avere effetti negativi sulle cellule. Per gli impianti a breve-termine, le viti e le attrezzature chirurgiche, viene generalmente utilizzato l'acciaio inossidabile.
Eccellente biocompatibilità, forte resistenza alla corrosione, grande resistenza e modulo elastico definiscono la lega di tantalio. Le leghe di tantalio, tuttavia, presentano alcune difficoltà nella produzione additiva, tra cui costi e densità elevati, nonché problemi di protezione dalle sollecitazioni-ovvero un modulo elastico più elevato rispetto al Ti. Le leghe di tantalio sono generalmente adatte per l'uso come minuscoli componenti di impianti, impianti porosi e rivestimenti di impianti che migliorano le caratteristiche di integrazione ossea. Clinicamente, le procedure per le vene varicose degli arti, nonché per le vene varicose dell'anca e della colonna vertebrale, hanno utilizzato metallo di tantalio poroso stampato in 3D-e hanno dimostrato una buona efficacia. Non solo la stampa 3D del metallo poroso al tantalio aiuta a progettare e produrre strutture trabecolari ossee biomimetiche, ma ha anche una buona adesione cellulare e biocompatibilità. Nel frattempo il modulo elastico e la resistenza di questo materiale sono appropriati per l'ambiente locale. L'impatto sul recupero funzionale postoperatorio è buono e, secondo i dati dello studio clinico, il metallo tantalio poroso stampato in 3D- può legarsi fortemente alle ossa.
A causa della loro bassa densità, dell'ottimo rapporto-resistenza-peso e del modulo di Young simile a quello delle ossa, le leghe di magnesio hanno suscitato notevole interesse nel dominio biologico. Le proprietà di degradazione in vivo della lega di magnesio la rendono perfetta per i metalli biodegradabili, aprendo quindi un nuovo regno per l'uso di impianti ortopedici. Tuttavia, anche le proprietà di rapida degradazione delle leghe di magnesio in vivo presentano difficoltà, quindi i ricercatori stanno cercando modi per rallentare il loro tasso di disintegrazione per garantire l'assorbimento totale e fornire il supporto necessario.
Nel campo dell'ortopedia, la durabilità a lungo-termine degli impianti e i risultati della riabilitazione dei pazienti dipendono direttamente dalla biocompatibilità dei materiali metallici per la stampa 3D. Ad esempio, grazie alle loro eccellenti qualità meccaniche e biocompatibilità, le leghe di titanio e le leghe di cobalto-cromo sono ampiamente utilizzate nella produzione di impianti ortopedici, comprese articolazioni artificiali e placche ossee. I problemi di protezione dallo stress, tuttavia, possono compromettere la qualità dell’osso, causando il fallimento e l’allentamento dell’impianto. È possibile ridurre la protezione dallo stress, incoraggiare l'integrazione ossea e migliorare la stabilità a lungo termine-dell'impianto impiegando architetture porose e nuovi materiali in lega. Inoltre, riducendo i tempi di recupero dei pazienti, i materiali altamente biocompatibili possono contribuire a ridurre al minimo le risposte infiammatorie intorno agli impianti, favorire la guarigione e la rigenerazione dei tessuti e facilitarne l'uso.
Una buona biocompatibilità e caratteristiche meccaniche sono prerequisiti affinché gli impianti dentali garantiscano la loro stabilità a lungo-termine nell'ambiente orale. I materiali comuni utilizzati negli impianti dentali includono la lega di titanio e la lega di cromo-cobalto, entrambi i quali possono stabilire un forte legame con i tessuti circostanti, riducendo così il rischio di allentamento e distacco dell'impianto. Allo stesso tempo, la tecnologia di stampa 3D può personalizzare impianti dentali personalizzati in base alle condizioni orali del paziente, migliorando così il comfort del paziente e aumentando il tasso di successo dell’impianto. Inoltre, l'uso di materiali di buona biocompatibilità può preservare la salute orale dei pazienti e ridurre l'incidenza dell'infiammazione orale.
Una buona biocompatibilità e resistenza alla corrosione sono prerequisiti per gli impianti cardiovascolari, inclusi gli stent cardiaci e gli stent vascolari, per garantirne l'efficacia a lungo-termine in vivo. L'eccellente effetto a memoria di forma e la biocompatibilità delle leghe a memoria di forma di nichel-titanio le rendono molto ricercate nella produzione di impianti cardiovascolari. Tuttavia, l’introduzione di ioni nichel nell’ambiente umano potrebbe sollevare alcune domande. Mediante la stampa 3D e il trattamento composito superficiale, la preparazione della lega porosa di nichel titanio può aiutare a ridurre il rilascio di ioni nichel e migliorare la biocompatibilità del materiale. Inoltre, ad aumentare la qualità della vita dei pazienti è la riduzione della formazione di coaguli di sangue e della restenosi dei vasi sanguigni, resa possibile da impianti cardiovascolari ben-biocompatibili.
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