Struktur und Eigenschaften von 3D-gedrucktem porösem Tantal

Aufgrund der hohen Dichte von metallischem Tantal liegt es bei der Verwendung als medizinisches Implantatmaterial meist in Form einer porösen Struktur vor, die nicht nur die hervorragende Biokompatibilität von metallischem Tantal voll zur Geltung bringt, sondern gleichzeitig auch eine natürlicher Kanal für Gewebewachstum mit der reichen Porenstruktur poröser Materialien. Daher ist poröses Tantal ein weiterer wichtiger Forschungsbereich im Zusammenhang mit dem 3D-Druck von porösem Tantal. Seit der Entwicklung von 3D-gedruckten Metallen wurde jedoch bisher über relativ wenig Forschung zu 3D-gedruckten porösen Tantalmaterialien berichtet. Die Universität Leuven, Belgien, realisierte 2015 die Herstellung poröser Tantalmaterialien mit gleichmäßiger Porenstruktur unter Verwendung von kugelförmigem metallischem Tantalpulver als Rohmaterial und bewertete deren mechanische Eigenschaften umfassend.

Die Testergebnisse der Druckspannungs-Dehnung zeigen, dass die Streckgrenze 12,7 MPa s 0,6 MPa beträgt, die Plateauspannung 21,8 MPa s 0,9 MPa beträgt und der Druckelastizitätsmodul 1,22 GPa s beträgt 0.07 GPa, und der Plateaubereich der Kurven ist glatt und nicht gezahnt, was darauf hindeutet, dass das durch SLM hergestellte poröse Tantalmaterial eine ausgezeichnete Plastizität aufweist und der Modul perfekt mit dem von menschlichem Spongiosaknochen übereinstimmt. Darüber hinaus liegt die Druckfestigkeitsgrenze von porösem Tantal bei 7,35 MPa (10⁶-fach), was eine hohe Beständigkeit gegenüber zyklischer Belastung zeigt.
Derzeit gelten Tantal und poröses Tantal als die besten biokompatiblen orthopädischen Implantatmaterialien, und Chinas Anwendung von 3D-gedrucktem porösem Tantal ist weltweit führend. Im Jahr 2016 wurde es mit Unterstützung des Key Research and Development Program des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie, Northwest Nonferrous Metals Research Institute (NWNMRI), hat zusammen mit dem Southwest Hospital den weltweit ersten Fall einer personalisierten pulverförmigen E-Beam-3D-gedruckten porösen Tantal-Implantatkörperpräparation durchgeführt und eine klinische Anwendung erreicht. Derzeit haben das Northwest Nonferrous Metals Research Institute und die ihm untergeordnete Xi'an Sailon Metal Materials Co. die Abdeckung der gesamten Industriekette von Pulverrohstoffen, Elektronenstrahlformungsgeräten und Prozessen medizinischer poröser Tantalimplantate realisiert.