Trong số những vật liệu thường được sử dụng nhất trong in 3D kim loại là hợp kim titan-đặc biệt là Ti6Al4V. Khả năng tương thích sinh học tuyệt vời, độ bền đặc biệt vượt trội, khả năng chống ăn mòn mạnh và chất lượng nhẹ có rất nhiều ở đây. Trong quá trình in 3D, hợp kim titan có ít sai sót khi nung chảy hơn, có thể tạo ra các hạt được đánh bóng với chất lượng cơ học tuyệt vời. Tuy nhiên, hợp kim titan cũng có vấn đề về che chắn ứng suất; mô đun đàn hồi của chúng cao hơn nhiều so với xương người, điều này có thể gây ra áp lực không đủ lên xương và làm ảnh hưởng đến tình trạng của chúng. Các nhà nghiên cứu đang xem xét các vật liệu hợp kim mới và các ý tưởng thiết kế sáng tạo, chẳng hạn như hợp kim Ti-Ta và Ti{10}}Nb, có mô đun đàn hồi thấp hơn có thể phù hợp hơn với độ cứng của xương, do đó làm giảm tác động của việc che chắn ứng suất. Hơn nữa, độ cứng của bộ cấy ghép có thể được thay đổi hơn nữa bằng cách áp dụng cấu trúc titan xốp và các phương pháp sản xuất như nấu chảy bột bằng laser (PBF-LB), từ đó khuyến khích sự phát triển mô xương và tăng cường liên kết xương.
Do khả năng chống mài mòn và độ cứng cao, đặc biệt là trong các tình huống-ma sát và ứng suất-cao, hợp kim coban-crom-đặc biệt là hợp kim coban-crom-molypden-được sử dụng rộng rãi trong cấy ghép nha khoa, khớp nhân tạo và các lĩnh vực khác. Thành công của hợp kim coban{8}}crom nằm ở hỗn hợp thành phần đặc biệt của chúng, nhờ đó crom tạo ra một màng oxit trên bề mặt hợp kim, do đó ngăn chặn sự ăn mòn chất lỏng bên trong của bộ phận cấy ghép. Mặc dù hầu hết các hợp kim CoCr đều chứa Ni có thể gây ra phản ứng dị ứng, mô đun đàn hồi lớn của hợp kim crom coban cũng có thể dẫn đến khả năng che chắn ứng suất. Các kỹ sư đang giải quyết những vấn đề này bằng các thiết kế sáng tạo, bao gồm các cấu trúc xốp được phân loại theo chức năng với kích thước và mật độ lỗ khác nhau để hỗ trợ truyền áp lực như nhau, giảm gánh nặng cho xương và do đó giảm thiểu tác động che chắn căng thẳng. Đồng thời, các phương pháp xử lý và phủ bề mặt giúp tăng cường khả năng tương thích sinh học của bề mặt kim loại, từ đó thúc đẩy quá trình tích hợp xương và cải thiện hiệu suất cũng như hiệu quả lâu dài của bộ cấy ghép.
Được sử dụng chủ yếu trong công nghệ in 3D để chế tạo các tấm xương và dụng cụ phẫu thuật, thép không gỉ có độ bền cơ học vượt trội và khả năng chống ăn mòn mạnh. So với hợp kim titan, vật liệu thép không gỉ mang lại độ mịn bề mặt tốt hơn vì chúng có khả năng tương thích sinh học hợp lý, độ bền kéo và mô đun đàn hồi cao, chi phí sản xuất rẻ, tính tiện dụng, độ bền và độ dẫn nhiệt tăng. Tuy nhiên,-sự xuống cấp lâu dài và giải phóng nguyên tố hợp kim có thể khiến thép không gỉ tạo ra phản ứng viêm; Sự giải phóng Fe có thể có tác động tiêu cực đến tế bào. Đối với-các thiết bị cấy ghép ngắn hạn, ốc vít và thiết bị phẫu thuật, thép không gỉ thường được sử dụng.
Khả năng tương thích sinh học tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn mạnh, độ bền cao và mô đun đàn hồi xác định hợp kim tantalum. Tuy nhiên, hợp kim tantalum gây ra một số khó khăn nhất định trong sản xuất bồi đắp, bao gồm chi phí và mật độ cao cũng như các vấn đề về che chắn ứng suất-tức là mô đun đàn hồi cao hơn Ti. Hợp kim tantali nói chung thích hợp để sử dụng làm các bộ phận cấy ghép nhỏ, cấy ghép xốp và lớp phủ cấy ghép cải thiện đặc tính tích hợp xương. Về mặt lâm sàng, các thủ thuật điều trị giãn tĩnh mạch chân tay, cũng như giãn tĩnh mạch hông và cột sống, đã sử dụng kim loại tantalum xốp in 3D- và đã chứng minh được hiệu quả tốt. In 3D kim loại tantalum xốp không chỉ giúp thiết kế và sản xuất các cấu trúc phân tử xương mô phỏng sinh học mà còn có khả năng bám dính và tương thích sinh học tốt với tế bào. Trong khi đó, mô đun đàn hồi và độ bền của vật liệu này phù hợp với môi trường xung quanh địa phương. Theo dữ liệu nghiên cứu lâm sàng, tác động phục hồi chức năng sau phẫu thuật là tốt và kim loại tantalum xốp được in 3D có thể liên kết chặt chẽ với xương.
Do mật độ thấp, tỷ lệ độ bền-trên-trọng lượng lớn và mô đun giống như xương của Young, hợp kim magie đã thu hút được sự quan tâm đáng kể trong lĩnh vực sinh học. Đặc tính phân hủy in vivo của hợp kim magiê làm cho nó phù hợp hoàn hảo với các kim loại có khả năng phân hủy sinh học, do đó mở ra một lĩnh vực mới cho việc sử dụng thiết bị cấy ghép chỉnh hình. Tuy nhiên, đặc tính phân hủy nhanh của hợp kim magie in vivo cũng gặp khó khăn, vì vậy các nhà nghiên cứu đang tìm cách làm chậm tốc độ phân hủy của chúng để đảm bảo sự hấp thụ hoàn toàn và cung cấp sự hỗ trợ cần thiết.
Trong lĩnh vực chỉnh hình, độ bền-lâu dài của bộ phận cấy ghép và kết quả phục hồi chức năng của bệnh nhân phụ thuộc trực tiếp vào khả năng tương thích sinh học của vật liệu in 3D kim loại. Ví dụ: do chất lượng cơ học tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học, hợp kim titan và hợp kim coban{3}}crom được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bộ phận cấy ghép chỉnh hình, bao gồm cả khớp nhân tạo và tấm xương. Tuy nhiên, các vấn đề về che chắn lực căng có thể làm tổn hại đến chất lượng xương, dẫn đến thất bại và lỏng lẻo của bộ cấy ghép. Có thể hạ thấp khả năng che chắn áp lực, khuyến khích sự tích hợp xương và tăng cường độ ổn định lâu dài-của bộ cấy ghép bằng cách sử dụng cấu trúc xốp và vật liệu hợp kim mới. Hơn nữa, làm giảm thời gian phục hồi của bệnh nhân, các vật liệu có tính tương thích sinh học cao có thể giúp giảm thiểu phản ứng viêm xung quanh mô cấy, khuyến khích quá trình lành và tái tạo mô cũng như dễ sử dụng.
Khả năng tương thích sinh học tốt và đặc tính cơ học là những điều kiện tiên quyết để cấy ghép nha khoa đảm bảo sự ổn định lâu dài-trong môi trường miệng. Các vật liệu phổ biến được sử dụng trong cấy ghép nha khoa bao gồm hợp kim titan và hợp kim crom coban, cả hai đều có thể tạo liên kết chắc chắn với các mô xung quanh, do đó làm giảm nguy cơ lỏng lẻo và bong tróc của cấy ghép. Đồng thời, công nghệ in 3D có thể tùy chỉnh implant nha khoa cá nhân hóa dựa trên tình trạng răng miệng của bệnh nhân, từ đó nâng cao sự thoải mái cho bệnh nhân và tăng tỷ lệ cấy ghép thành công. Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu tương thích sinh học tốt có thể bảo vệ sức khỏe răng miệng của bệnh nhân và giảm tỷ lệ mắc bệnh viêm miệng.
Khả năng tương thích sinh học tốt và khả năng chống ăn mòn là những điều kiện tiên quyết để cấy ghép tim mạch, bao gồm cả stent tim và stent mạch máu, để đảm bảo-hiệu quả lâu dài của chúng trên cơ thể sống. Hiệu ứng ghi nhớ hình dạng tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học của hợp kim ghi nhớ hình dạng niken-titan khiến chúng được ưa chuộng trong quá trình sản xuất thiết bị cấy ghép tim mạch. Tuy nhiên, việc đưa các ion niken vào môi trường xung quanh con người có thể gây ra một số câu hỏi. Bằng phương pháp in 3D và xử lý hỗn hợp bề mặt, việc chuẩn bị hợp kim titan niken xốp có thể giúp giảm sự giải phóng ion niken và tăng cường khả năng tương thích sinh học của vật liệu. Hơn nữa, việc nâng cao chất lượng cuộc sống của bệnh nhân là giảm sự hình thành cục máu đông và sự tái hẹp của mạch máu nhờ các thiết bị cấy ghép tim mạch-tương thích sinh học tốt.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-compact-heat-exchanger.html