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Dec 14, 2023

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A manufatura aditiva (AM) ganhou ampla adoção na indústria de dispositivos médicos. Possui vantagens de design inerentes, incluindo a fácil fabricação de geometrias de implantes complexas e recursos não

A manufatura aditiva (AM) ganhou ampla adoção na indústria de dispositivos médicos. Ele tem vantagens de design inerentes, incluindo a fácil fabricação de geometrias complexas de implantes e recursos que não são possíveis usando a fabricação subtrativa tradicional, como a criação de recursos porosos que permitem maior penetração celular para melhorar a osseointegração e a estabilidade do implante. Conseqüentemente, o AM é rotineiramente usado na produção em larga escala de dispositivos ortopédicos, como copos acetabulares, placas de base e aumentos tibiais e gaiolas intersomáticas espinhais.

Além disso, a AM oferece a oportunidade de adequar o implante à anatomia do paciente e reduzir potencialmente a propensão ao afrouxamento asséptico. Sendo uma indústria fortemente regulamentada, existem regras rigorosas relativamente ao processo de seleção de materiais, restringindo assim as escolhas de materiais, especialmente quando se trata de implantes. À medida que aumenta a procura pelos materiais mais comuns, os requisitos regulamentares mudam ou são necessárias novas propriedades mecânicas para satisfazer os designs cada vez mais avançados desenvolvidos pelos produtores de dispositivos médicos.

Os fabricantes estão começando a se concentrar novamente na inovação onde começa o processo aditivo – pó metálico.

Entre as opções de materiais de implante metálicos existentes, o Intersticial Extra Baixo Titânio-6 Alumínio-4 Vanádio (Ti6Al4V ELI) possui mais de 90% de participação como material de escolha para aplicações médicas. A crescente demanda por pó renovou a atenção ao preço, às propriedades e aos processos de produção de pó de titânio.

Pós Ti6Al4V ELI de distribuições de tamanhos variados são usados ​​em toda a fabricação aditiva, incluindo deposição de energia direcionada (DED), fusão em leito de pó a laser (L-PBF) e fusão em leito de pó por feixe de elétrons (EB-PBF). Nem todos os métodos de atomização de pó são adequados para ligas de titânio devido ao efeito prejudicial das inclusões refratárias na fadiga e na tenacidade. Isso deixa a atomização por plasma sem cadinho (PA) e a atomização por gás inerte com eletrodo (EIGA) como os métodos preferidos de produção de pó para fabricação aditiva. O PA usa um fio pré-ligado alimentado em tochas de plasma, criando gotículas fundidas que se solidificam rapidamente como partículas de pó altamente esféricas. A EIGA alimenta continuamente uma barra pré-liga rotativa de alta pureza em uma bobina de indução para formar um fluxo fundido que cai livremente diretamente em um gás inerte de alta velocidade, produzindo partículas de pó altamente esféricas. Embora os pós atomizados por plasma alimentados com fio tenham tido a vantagem de serem os pioneiros, recentemente, os pós produzidos pela EIGA demonstraram ser equivalentes aos pós de PA em várias propriedades físicas e químicas.

Oxigênio, nitrogênio e hidrogênio são elementos intersticiais dentro da liga Ti6Al4V que influenciam fortemente as propriedades mecânicas da peça final, e o controle inadequado pode resultar em peças com propriedades insuficientes. O teor de oxigênio também é particularmente importante para estratégias de produção de manufatura aditiva projetadas para alta reutilização de materiais. Os pós fabricados pela EIGA ganham apenas 100 ppm de oxigênio além dos níveis de oxigênio existentes na matéria-prima (bar). O forno EIGA não utiliza materiais refratários e, portanto, não corre o risco de introduzir inclusões de alta densidade. Um white paper publicado pela Carpenter Additive comparando os pós ELI Ti6Al4V atomizados PA e EIGA conclui que os pós EIGA fornecem aos usuários uma opção econômica de cadeia de suprimentos para reduzir o custo e o conteúdo de oxigênio no titânio, garantindo ao mesmo tempo que nenhum traço de contaminante esteja presente. Além disso, um white paper complementar que explora as propriedades mecânicas das peças acabadas impressas com cada uma das variações de pó conclui que as peças impressas a partir dos pós EIGA são uma opção viável para reduzir custos e, ao mesmo tempo, manter ou melhorar a qualidade das peças impressas.

As ligas de titânio apresentam alta resistência e excelente resistência à corrosão, juntamente com biocompatibilidade favorável, tornando-as adequadas para uma ampla variedade de aplicações biomédicas. A maioria dos dispositivos médicos implantáveis ​​impressos em 3D a laser usa Ti6Al4V ELI, a variante intersticial extrabaixa conhecida por sua designação padrão, Grau 23 (ASTM F3001). Na condição impressa e prensada isosticamente a quente (HIP), esta liga demonstra uma resistência à tração muito boa de mais de 130 ksi (890 MPa) e alongamento superior a 10 por cento.