Експериментальне дослідження міцності елементів ендопротезів кульшового суглоба, виготовлених методом 3D-друку

Abstract

Тривимірний друк пористих титанових імплантатів є перспективним напрямком адитивного виробництва в ортопедії і травматології. Актуальним залишається питання механічної міцності та витривалості таких конструкцій. Мета. Визначити в експерименті межу міцності ніжки, шийки та чашки ендопротезів кульшового суглоба (КС), виготовлених методом 3D-друку зі сплаву титану, та порівняти з аналогічним показником серійних імплантатів. Методи. Досліджено міцність ніжок і чашок ендопротезів ТБС, виготовлених методом 3D-друку на принтері системи Arcam EBM® зі сплаву титану TI6AL4V. Як контроль обрані серійні ендопротези, отримані методом механічної обробки заготовок з суцільного сплаву титану. Використано по 3 зразки ендопротезів для кожного випробування. Ніжки ендопротезів досліджували на машині TІRATEST-2300 за умов навантаження на триточковий згин, шийку ніжки — під впливом комбінованого навантаження на згин зі зсувом, чашки — на стискання. Результати. Межа міцності в разі триточкового згину ніжок ендопротезів КС, виготовлених механічною обробкою і за допомогою 3D-друку, істотно не відрізнялася (p = 0,146) і становила (1480,62 ± 62,50) МПа і (1396,88 ± 50,90) МПа відповідно. Шийки серійних ендопротезів і виготовлених методом 3D-друку мали порівнянну межу міцності — (408,61 ± 1,25) МПа і (403,49 ± 8,99) МПа відповідно (p = 0,384). За умов випробувань на стискання чашок ендопротезів усі зразки витримали навантаження 98,0 кН без будь-яких ознак руйнування. Висновки. Величини межі міцності компонентів серійних ендопротезів КС і виготовлених методом 3D-друку статистично значуще не відрізнялися. Таким чином, 3D-пористі конструкції мають значний потенціал для створення елементів ендопротезів.