Πορώδες τιτάνιο

Οι τεχνικές κατασκευής για το πορώδες τιτάνιο διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην προσαρμογή της δομής και των ιδιοτήτων των εμφυτευμάτων για την κάλυψη συγκεκριμένων βιοϊατρικών απαιτήσεων. Χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για τη δημιουργία πορωδών δομών, συμπεριλαμβανομένης της μεταλλουργίας σε σκόνη, της επιλεκτικής τήξης λέιζερ (SLM), της τήξης της δέσμης ηλεκτρονίων (EBM), της 3D εκτύπωσης κλπ. Αυτές οι τεχνικές επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο του μεγέθους των πόρων, της κατανομής και της συνολικής αρχιτεκτονικής, της μηχανικής αντοχής, της διαπερατότητας και της βιολογικής ενσωμάτωσης. Η επιλογή μιας μεθόδου κατασκευής εξαρτάται από την επιθυμητή εφαρμογή και την ισορροπία μεταξύ δομικής ακεραιότητας και βιολογικής λειτουργικότητας σε πορώδη εμφυτεύματα τιτανίου για ιατρική χρήση.

Μεταλλουργία σκόνης (MP)
Η τεχνική μεταλλουργίας της σκόνης παρέχει τα πλεονεκτήματα του ακριβούς ελέγχου του πορώδους, της ικανότητας δημιουργίας σύνθετων γεωμετριών και των βελτιωμένων μηχανικών ιδιοτήτων λόγω της εξάλειψης ορισμένων παραδοσιακών βημάτων κατασκευής. Για τα πορώδη κράματα τιτανίου, το ΡΜ χρησιμοποιεί σωματίδια σκόνης από κράματα Ti για να δημιουργήσει πορώδεις δομές. Η διαδικασία περιλαμβάνει ανάμειξη σε σκόνη, συμπύκνωση και πυροσυσσωμάτωση για να σχηματίσει ένα πορώδες ικρίωμα

Μέθοδος πυρκαγιάς
Η μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης είναι μια παραδοσιακή μέθοδος παρασκευής μεταλλικών υλικών, η οποία είναι κατασκευασμένη από μέταλλο ως πρώτη ύλη σε κενό ή προστατευτική ατμόσφαιρα μέσω θερμικής επεξεργασίας υψηλής θερμοκρασίας. Η μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης είναι επίσης μια κοινή μέθοδος παρασκευής πορώδους Ti. Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους απόκτησης δομής πόρων, μπορεί να χωριστεί σε μέθοδο παράγοντα σχηματισμού πόρων, εμπλοκή ινών, μέθοδο στοίβαξης μικροσφαιριδίων, διαδικασία επισήμανσης σφουγγαριών.

Ηλεκτροχημική κατεργασία
Η ηλεκτροχημική κατεργασία (ECM) είναι μια σύγχρονη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας που βασίζεται στην αφαίρεση των ατόμων του τεμαχίου με ηλεκτροχημική διάλυση (ECD) με βάση τις αρχές του Faraday.

Τεχνική αντιγραφής αφρού
Ένα θυσιαστικό πρότυπο, συχνά κατασκευασμένο από αφρό πολυμερούς, διεισδύεται με πολτό κράματος TI. Μετά την στερεοποίηση, το πρότυπο αφαιρείται, αφήνοντας πίσω του μια πορώδη δομή τιτανίου.

Χύτευση μετάλλων
Η σκόνη κράματος τιτανίου συνδυάζεται με ένα υλικό συνδετικού υλικού για τη δημιουργία μιας πρώτης ύλης. Στη συνέχεια, η πρώτη ύλη εγχέεται σε ένα καλούπι, σχηματίζοντας ένα πορώδες πράσινο τμήμα, το οποίο στη συνέχεια αποσυνδεθεί για να επιτύχει την τελική πορώδη δομή.

Ψεκασμός πλάσματος
Τα σωματίδια κράματος τιτανίου λιώνονται σε φλόγα πλάσματος και εναποτίθενται σε ένα υπόστρωμα, δημιουργώντας μια πορώδη επικάλυψη. Μια τέτοια τεχνική χρησιμοποιείται συχνά για την τροποποίηση της επιφάνειας για την ενίσχυση της οστεοενσωμάτωσης.

3D εκτύπωση
Διάφορες τεχνικές 3D εκτύπωσης, όπως το συνδετικό jetting ή το EBM, χρησιμοποιούνται για την κατασκευή στρώματος πορώδους τιτανίου από στρώμα, προσφέροντας ευελιξία σχεδιασμού και ακρίβεια.

Τα σωματίδια χύτευσης διαλύτη
Η έκπλυση χύτευσης διαλύτη είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για τη δημιουργία δομών πορώδους τιτανίου. Σε αυτή τη διαδικασία, η σκόνη μεταλλικού Ti αναμειγνύεται σε ένα διάλυμα πολυμερούς που αποτελείται από διαλύτη όπως χλωροφόρμιο και ένα διαλυτό πολυμερές όπως χλωριούχο νάτριο ή πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG). Το μείγμα χυτεύεται σε ένα επιθυμητό σχήμα καλουπιού και στη συνέχεια στεγνώνει έτσι ώστε το πολυμερές να σχηματίζει ένα σύνθετο μήτρα με ενσωματωμένα σωματίδια TI. Το σύνθετο έπειτα βυθίζεται στο νερό, το οποίο διαλύει και αποσυνδέει τα σωματίδια άλατος ή πεντάλ. Η έκπλυση σωματιδίων πολυμερών αφήνει τους πόρους ελεγχόμενων μεγεθών και κατανομών εντός της μήτρας TI. Ιδιότητες όπως τα ποσοστά πορώδους και η διασύνδεση πόρων μπορούν να προσαρμοστούν προσαρμόζοντας την αναλογία σωματιδίων πολυμερούς προς τίτλο. Μετά την έκπλυση, το πορώδες ικρίωμα τιτανίου διατηρεί το σχήμα του αρχικού καλουπιού. Έτσι, η προσέγγιση των καθαρισμών με διαλύτη σωματιδίων παρέχει έναν απλό και φθηνό τρόπο κατασκευής πορώδους τιτανίου με ανοικτούς και διασυνδεδεμένους πόρους κατάλληλους για την πρόσληψη των οστών που απαιτείται σε βιολογικά εμφυτεύματα και ικριώματα μηχανικών ιστών.

Μέθοδος εναπόθεσης
Το κράμα Ti και Titanium είναι τυπικά αδρανή βιοϋλικά. Προκειμένου να μειωθεί η περίοδος επούλωσης μετά την εμφύτευση και να βελτιωθεί η ικανότητα του εμφυτεύματος να δεσμεύεται με το ανθρώπινο οστό, ενεργοποιώντας την επιφάνεια του πορώδους Ti και του κράματος τιτανίου είναι μια αποτελεσματική μέθοδος. Οι μέθοδοι τροποποίησης της επιφανείας του πορώδους Ti και του κράματος τιτανίου περιλαμβάνουν κυρίως μηχανική μέθοδο, φυσική μέθοδο, ηλεκτροχημική μέθοδο, χημική μέθοδο και βιοχημική μέθοδο (αντιδραστική εναπόθεση, ηλεκτροεπαγωγή, εξάτμιση κενού, ψεκασμός πλάσματος κ.λπ.).

Υδροθερμική σύνθεση
Περιλαμβάνει μια αντίδραση μεταξύ των προδρόμων ΤΙ σε ένα υδατικό διάλυμα σε αυξημένες θερμοκρασίες και πιέσεις, σχηματίζοντας πορώδεις δομές τιτανίου.

Κατασκευή νήματος
Η κατασκευή με συγκολλητικό νήμα (FFF) χρησιμοποιεί ένα συνεχές νήμα του κράματος Ti, το οποίο λιωθεί και εξωθημένο στρώμα ανά στρώμα για να δημιουργήσει μια πορώδη δομή. Η τεχνική FFF χρησιμοποιείται συνήθως στην εκτύπωση 3D Desktop.

Η επεξεργασία του πόσιμου νερού και των βιομηχανικών λυμάτων με τη μέθοδο του όζοντος είναι μια τεχνολογία που έχει αναπτυχθεί γρήγορα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό τα τελευταία χρόνια. Αυτή η μέθοδος είναι: Το όζον χύνεται ομοιόμορφα στα λύματα μέσω της πορώδους πλάκας και η χημική αντίδραση συμβαίνει με τα λύματα, έτσι ώστε να επιτευχθεί ο σκοπός της απολύμανσης, της αποχρωματισμού και του καθαρισμού.

Ως εκ τούτου, απαιτείται το πορώδες φύλλο που χρησιμοποιείται είναι ανθεκτικό στη διάβρωση από βιομηχανικά λύματα και όζον και έχει υψηλό ποσοστό πορώδους και αερίου, ένα ομοιόμορφα κατανεμημένο μέγεθος πόρων και μια ορισμένη δύναμη. Ορισμένες μονάδες στη χώρα μου που χρησιμοποιούν τη μέθοδο του όζοντος για τη θεραπεία των λυμάτων έχουν χρησιμοποιήσει πορώδεις πλάκες πολυβινυλοχλωριδίου, κεραμικές πορώδεις πλάκες, γυάλινες πορώδεις πλάκες και άλλα υλικά στο παρελθόν, αλλά δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις λόγω της κακής αντοχής στη διάβρωση και της χαμηλής αντοχής. Το πορώδες τιτάνιο Πλάκες αυτό λύνει αυτό το μεγάλο πρόβλημα.

Επί του παρόντος, χρησιμοποιήθηκαν πλάκες πορώδους τιτανίου ως πλάκες διάχυσης του όζοντος στη θεραπεία λυμάτων μεμβράνης εκτύπωσης, επεξεργασία οργανικών αποβλήτων βαφής, επεξεργασία λυμάτων διεύρυνσης πετρελαίου, νοσοκομειακή επεξεργασία λυμάτων και επεξεργασία δοκιμών πυραύλων. Στη θεραπεία των λυμάτων εκτύπωσης, η αρχική χρήση διάτρητων πλακών πολυβινυλομυιδίου έχει διάρκεια ζωής μόνο 350 ωρών και η διάρκεια ζωής αυξάνεται σε 3 χρόνια μετά την αντικατάσταση των πλακών πορώδους τιτανίου. Στην επεξεργασία του όζοντος των λυμάτων διυλιστηρίου πετρελαίου χρησιμοποιήθηκαν αρχικά διάτρητες πλάκες πολυβινυλομιδίου, αλλά ο ρυθμός απορρόφησης του όζοντος ήταν μόνο 65%, ο οποίος χάνει πολύ όζον και αύξησε το κόστος της επεξεργασίας των λυμάτων. Η χρήση πλακών πορώδους τιτανίου αύξησε τον ρυθμό απορρόφησης του όζοντος στο 85%. , Η οποία βελτιώνει σημαντικά το αποτέλεσμα επεξεργασίας.

Επιπλέον, τα πορώδη πλάκες τιτανίου μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως διάφορα φίλτρα, συσκευές αντίστροφης όσμωσης και ιατρικά υλικά. Εν ολίγοις, η πορώδη πλάκα τιτανίου, ένας νέος τύπος υλικού, έχει πλέον δείξει την ισχυρή ζωτικότητα του και θα χρησιμοποιηθεί ευρέως σε όλες τις πτυχές της ζωής στο μέλλον.