Tổng quan công nghệ

Các hợp kim titan như Ti6Al4V và Ti6Al7Nb là hợp kim được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh do sự kết hợp giữa tính tương thích sinh học và tính chất cơ học của chúng. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều lo ngại về tác hại lâu dài của các ion vanadi và nhôm từ mô được cấy trên cơ thể người.

Titanium-Tantalum (TiTa) đã được đề xuất như là một thay thế tiềm năng cho các ứng dụng y sinh do tính tương thích sinh học tốt hơn của nó, cũng như tỷ lệ mô đun cường độ cao hơn làm giảm các hiệu ứng căng thẳng phổ biến trong cấy ghép chỉnh hình. Tuy nhiên, TiTa vẫn chưa được sử dụng rộng rãi do những khó khăn trong việc thu được hợp kim này do sự khác biệt rất lớn về điểm nóng chảy và mật độ của hai nguyên tố.

Trong sáng chế đặc biệt này, Laser chọn lọc nóng chảy (SLM), được sử dụng để sản xuất thành công hợp kim TiTa tại chỗ, thông qua quá trình nấu chảy và hợp nhất hoàn toàn bột thành phần đồng thời chế tạo ra được các bộ phận dùng để thay thế trong việc cấy ghép chỉnh hình. Việc sử dụng kỹ thuật sản xuất phụ gia cho phép chế tạo các phần 3D tùy chỉnh và phức tạp với mật độ tương đối cao. Là một công nghệ nhiệt hạch sử dụng bàn in bột, SLM có tiềm năng mở rộng các vật liệu bằng cách hình thành các hợp kim mà trước đây khó đạt được từ hỗn hợp bột kim loại có thể được tùy chỉnh theo yêu cầu ứng dụng.

Các đặc điểm và tính năng công nghệ

Công nghệ bao gồm những điểm sau đây:

•         Phương pháp chế tạo tại chỗ chế tạo một loạt các chế phẩm hợp kim titan-tantalum từ 10 wt.% Ti (90 wt.% Ta) đến 70 wt.% Ti (30 wt.% Ta)

•         Một bước hình thành duy nhất của các bộ phận chức năng hình dạng lưới với cấu trúc, thành phần và tính chất đồng nhất

•         Phương pháp sản xuất cấu trúc vi mô chỉ bao gồm các sự cân bằng của các hạt Ti và β-pha.

Các ứng dụng tiềm năng

Công nghệ này có thể được sử dụng để chế tạo các sản phẩm cho nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng không giới hạn ở:

•         Cấy ghép nha khoa và chỉnh hình (ví dụ: cấy ghép đầu gối, hông và cột sống)

•         Các ứng dụng khác yêu cầu vật liệu tương thích sinh học và hoạt tính sinh học (ví dụ: thiết bị phẫu thuật, chân giả, máy tạo nhịp tim, v.v.)

•         Thay thế các vật liệu như Ti6Al4V và CoCrMo do tính tương thích sinh học tốt hơn, mô đun thấp hơn và cường độ tương đối cao

Xu hướng thị trường và các cơ hội

Người ta ước tính rằng 70% đến 80% tế bào cấy ghép y sinh được làm từ vật liệu kim loại, điều này rất quan trọng đối với việc tái tạo lại các mô cứng bị hư hỏng. Nhu cầu toàn cầu về kim loại y sinh đạt 15 tỷ USD vào năm 2013 và sẵn sàng tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hằng năm (CAGR) khoảng 7,8% trong thập kỷ tới để đạt khoảng 34 tỷ USD vào năm 2025, trong đó ước tính hơn 21% được tạo thành từ Titin Hợp kim. Ngày càng có nhiều lo ngại về việc sử dụng lâu dài nhôm và vanadi trong cấy ghép sinh học do ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của chúng.

Các lợi ích dành cho khách hàng

•         Chi phí và thời gian hiệu quả, hình thành trong chỉ trong một bước là có được các bộ phận chức năng hợp kim TiTa

•         TiTa được hình thành với độ bền kéo cao nhất (> 900 MPa) và mô đun thấp (<80 GPa), có thể điều chỉnh theo sự thay đổi thành phần

·        Tính chất cơ học vượt trội thu được so với các phương pháp thay thế

·        Sức mạnh vừa đủ trong khi giảm thiểu tác dụng của sự căng vỏ bảo vệ so với Ti6Al4V và Ti

•         Hình thành mô đun Titan β-pha mô đun thấp cho phép sửa đổi các tính chất thông qua các xử lý nhiệt tiếp theo

•         Sản phẩm tùy chỉnh và cấy ghép cho phù hợp với bệnh nhân cụ thể