ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 172 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Разработка и исследование композиционных материалов из акрилата с ПЭЭК для изготовления имплантатов тазобедренного сустава методом аддитивного производства (DLP 3D-печать) Йогирадж Дама 1, a, Бхагван Джоги 1, b, *, Раджу Паваде 1, c, Шибам Пал 2, d, Йогеш Гаиквад 2, e 1 Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, Махараштра, 402103, Индия 2 Национальная химическая лаборатория CSIR, Пашан, Пуна, Махараштра, 411008, Индия a https://orcid.org/0009-0008-5404-4347, yogirajdama@dbatu.ac.in; b https://orcid.org/0000-0003-2099-7533, bfjogi@dbatu.ac.in; c https://orcid.org/0000-0001-7239-625X, rspawade@dbatu.ac.in; d https://orcid.org/0000-0002-3681-5039, shibampal123456@gmail.com; e https://orcid.org/0009-0003-3211-0861, ym.gaikwad@ncl.res.in Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 172–191 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-172-191 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 678.8 История статьи: Поступила: 26 ноября 2024 Рецензирование: 14 декабря 2024 Принята к печати: 06 января 2025 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: 3D-печать Биоматериалы FDM Имплантат Направление печати PLA Износостойкость АННОТАЦИЯ Введение. Замена тазобедренного сустава является наиболее сложной и критически важной ортопедической операцией по сравнению с заменой коленного и плечевого суставов. За последние несколько десятилетий произошло значительное развитие технологии замены тазобедренного сустава, а различные биоматериалы были существенно усовершенствованы. Все больше операций по замене тазобедренного сустава проходят успешно, что помогает людям восстановить нормальную повседневную активность и трудовую деятельность, приближенную к состоянию до перелома. Однако необходимость повторной операции уже по замене имплантата у активных пациентов по-прежнему наблюдаются через несколько лет после первичной операции. Это подчеркивает необходимость разработки долговечных биоматериалов и индивидуализированных имплантатов тазобедренного сустава для снижения износа имплантата и риска вывиха. В данном исследовании разработан новый композиционный биоматериал на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) в акрилате с различным массовым содержанием ПЭЭК (0, 5 и 10 %) в акрилатном базовом материале. Проведены испытания для определения его свойств, биосовместимости и возможности 3D-печати. На основе разработанного материала методом 3D-печати изготовлены стержни (в соответствии со стандартом ASTM) для последующего изучения скорости изнашивания. Возможность использования разработанных композиционных материалов для изготовления эндопротезов также была тщательно исследована. Цель работы. Целью данного исследования является разработка и изучение нового композитного биоматериала на основе ПЭЭК в акрилате с различным массовым содержанием ПЭЭК (0, 5 и 10 %) в акрилатном базовом материале. В рамках исследования проведена оценка свойств, биосовместимости и возможности 3D-печати материала. На 3D-принтере с использованием технологии печати цифровым проектором (DLP) при комнатной температуре были напечатаны стержни, соответствующие стандарту ASTM. Проведено экспериментальное исследование износостойкости в условиях сухого трения скольжения полученных образцов для определения влияния массовой доли ПЭЭК на скорость изнашивания и прочность разработанного материала при трении о диск из стали SS 316. Для анализа структуры поверхности и распределения элементов в материале использовали сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) и энергодисперсионную спектроскопию (ЭДС). Методы исследования. Для 3D-печати стержней, соответствующих стандарту ASTM, и ацетабулярного вкладыша с различным массовым содержанием ПЭЭК в акрилате использовали технологию 3D-печати, основанную на спекании полимера цифровым светодиодным проектором (DLP). Испытания на сухое трение скольжения проводили с использованием машины трения, реализующей схему «стержень – диск». В ходе испытаний варьировали скорость вращения диска и нормальную нагрузку на стержень. Исследования были спланированы для определения влияния входных параметров на скорость изнашивания. Проведено 9 экспериментов на дистанции скольжения 4 км для каждого варианта массового содержания ПЭЭК. Диапазон нагрузки составлял 20…100 Н, а скорость скольжения варьировали от 450 до 750 об/мин. Структура поверхности и распределение элементов были проанализированы методами энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Результаты и обсуждение. Данное исследование демонстрирует преимущества варьирования массовой доли ПЭЭК в акрилате для биоматериалов, изготовленных методом DLP. Анализ результатов СЭМ, ЭДС и испытаний на изнашивание показал, что композит с 10 масс. % ПЭЭК в акрилате обладает превосходной микроструктурной целостностью, однородностью элементов и значительно более высокой износостойкостью. Композиционный материал из акрилата с 10 масс. % ПЭЭК, полученный с помощью DLP 3D-печати, пригоден для биомедицинских имплантатов и использования в здравоохранении. Для цитирования: Разработка и исследование композиционных материалов из акрилата с ПЭЭК для изготовления имплантатов тазобедренного сустава методом аддитивного производства (DLP3D-печать) / Й.Б. Дама, Б.Ф. Джоги, Р. Паваде, Ш. Пал, Й.M. Гаиквад // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 172–191. – DOI: 10.17212/1994-6309-202527.1-172-191. ______ *Адрес для переписки Джоги Бхагван Фатру, профессор Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, 402103, Махараштра, Индия Тел.: +91 942-116-6370, e-mail: bfjogi@dbatu.ac.in Введение Имплантаты тазобедренного сустава играют ключевую роль в современной ортопедической хирургии и широко применяются для лечения заболеваний, таких как остеоартрит,
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1