ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 174 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ остеоинтеграцию, поскольку СЭМ-изображения демонстрируют, что шероховатая текстура поверхности пористых структур способствует увеличению силы отрыва и в целом повышению способности к костной интеграции [19]. С другой стороны, СЭМ-анализ, проведенный Карпентером и др. (Carpenter et al.) в 2018 году [20], выявил существенные различия между пористыми ПЭЭК- и титановыми имплантатами. В 2020 году Вирпе и др. (Virpe et al.) [21] провели анализ полимерных композитов, продемонстрировавший успешное внедрение углеродных наполнителей в матрицу PLA с использованием FDM 3D-печати. В то же время взаимосвязь между микроструктурными характеристиками, определенными методом СЭМ, и их влиянием на механизмы изнашивания при испытаниях по схеме «стержень – диск» остается недостаточно изученной [22, 23]. Отмечается, что не все полимерные биоматериалы, такие как СВМПЭ (UHMWPE), ПЭВП (HDPE) и ПЭ (PE), легко поддаются 3D-печати, что обусловливает необходимость применения альтернативных полимеров, включая ПЭЭК (PEEK), ПЛА (PLA), а также композитных полимерных материалов, которые были бы пригодны для 3D-печати и соответствовали требованиям, предъявляемым к имплантатам [24]. Таким образом, исследование характеристик скорости изнашивания имплантатов тазобедренного сустава является важной задачей, в связи с чем проводятся дополнительные исследования параметров изнашивания с использованием разнообразных полимерных биоматериалов, композитов и биоматериалов с покрытиями [25]. Различные методы испытаний, применяемые для оценки износостойкости и механических свойств полимерных материалов, могут быть успешно использованы и в области биоматериалов [27, 28]. В рамках данной работы предпринята попытка исследования ПЭЭК (PEEK) в составе биоматериала на основе акрилатного полимера для разработки тазобедренных имплантатов, которые возможно изготавливать посредством 3D-печати при комнатной температуре [26]. Задачи исследования включают в себя изучение влияния степени армирования на микроструктурную целостность, распределение элементов и характеристики износа, что внесет вклад в создание материалов на основе ПЭЭК (PEEK) для ортопедических целей. Кроме того, планируется проведение триботехнических испытаний напечатанных стержней, соответствующих стандарту ASTM, по схеме «штифт – диск» для оценки характеристик скорости изнашивания. Для проведения исследований было использовано оборудование для 3D-печати цифровым проектором (DLP), предоставленное Национальной химической лабораторией (NCL) в Пуне, штат Махараштра, Индия, а также оборудование для испытаний на изнашивание, расположенное на кафедре машиностроения VIIT в том же городе. Методы Подготовка материалов Составы композиционных материалов включали 0, 5 и 10 % ПЭЭК (PEEK) (по массе) в акрилатном основном материале. Композитные смолы готовили путем смешивания ПЭЭК-акрилатной смолы с различным содержанием ПЭЭК (PEEK) (5 и 10 % по массе). На рис. 1 представлена схема процесса приготовления смолы для 3D-печати и последующего изготовления физических объектов методом 3D-печати. Предварительная подготовка смолы заключалась в растворении реакционноспособных разбавителей, таких как трицикло[5.2.1.02-6]декандиметанол диакрилат (TCDDA), этоксилированный бисфенол А диметакрилат (BPAEDMA), и фотоинициаторов в акрилатном связующем. Полученная смоляная смесь загружалась в DLP 3D-принтер, где процесс печати инициировался посредством послойного отверждения материала. При 3D-печати цифровым проектором (DLP), как показано на рис. 2, а, этот проектор используется для формирования изображения целого слоя печатаемого объекта на поверхности ванны с жидким фотополимером. Под воздействием проецируемого изображения происходит селективное затвердевание фотополимерной смолы, соответствующее форме слоя. После отверждения каждого слоя платформа построения поднимается, отделяя сформированный слой от ванны со смолой, и формируется объемная 3D-модель объекта. Для очистки полученного изделия и окончательной полимеризации смолы исполь-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1