62 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

28 Drukowanie przestrzennych struktur HA
W badaniach wykorzystano technikę Robocasting,
nazywaną także drukowaniem przestrzennym. Metoda ta
umożliwia budowanie struktur o niemal dowolnym stopniu
skomplikowania w skali makro i mikro.
Zastosowano drukarkę trójwymiarową (RYS. 1)
wyposażoną w serwomechanizmy kontrolowane cyfrowo
(3D Inks, Stillwater, OK). Ruch głowicy budującej, która
porusza się w trzech osiach: lewo/prawo, góra/dół, przód/tył
przedstawiono schematycznie na RYS.2. Środowisko pracy
oparte jest na systemach CAD/CAM (RoboCAD 3.0, 3D
Inks, Stillwater, OK). Kształt i wymiary budowanego obiektu
są dowolne, uzależnione wyłącznie od wielkości komory
budującej. Maszyna doświadczalna posiada zdolność wytwarzania
obiektów o max. wymiarach: 120x120x80 mm 3 .
Materiał budulcowy wyciskany jest z odpowiednią
zapewniającą ciągłość strugi prędkością przez dyszę
i układany w postaci linii na powierzchni podstawki tworząc
warstwę. Następnie głowica podnosi się o grubość
warstwy i proces się powtarza. Drukowanie odbywa się
w niezwilżającej kąpieli olejowej, która zapobiega zbyt
szybkiemu wysychaniu gęstwy. Warstwy zorientowano
względem siebie pod kątem 90°. Odległość pomiędzy
osiami poszczególnych linii została ustalona na dwukrotną
średnicę pojedynczej linii. Wydrukowano kilkanaście próbek
o różnych kształtach i wymiarach (RYS. 3). Po procesie
drukowania próbki suszono pozostawiając je na wolnym
powietrzu przez 24h. W celu utwardzenia próbki poddano
dwuetapowemu procesowi wypalania bez atmosfery
ochronnej. W pierwszym etapie próbki powoli nagrzewano
do 400°C a następnie wytrzymano w tej temp. przez 3h.
Dzięki temu usunięto resztki wody i składniki organiczne.
Drugi etap – wypalanie – przeprowadzono podnosząc
stopniowo temp. do 1200°C i wytrzymano w tej temp.
przez 3h.
RYS. 2. Schemat procesu drukowania – układania
ścieżek/warstw.
FIG. 2. Schematic of three-axis line/layer depositioning
process.
After fabrication the oil was drained and scaffolds were allowed
to dry for 24h. Green bodies were fired in air in two-stage process.
At first samples were slowly heated up to 400°C and held
for 3h to evaporate residues of water and burn all organics.
Then heated up to 1200°C held for 3h for proper sintering.
RYS. 3. Przykłady próbek HA
FIG. 3. Examples of HA samples
Wyniki i dyskusja
RYS. 4 przedstawia próbkę HA wykonaną techniką
robocasting. Po wypaleniu osiągnięto wymiar pojedynczej
linii ~150 μm. Próbki poddano obserwacji pod mikroskopem
optycznym i skaningowym (SEM). Badania strukturalne pokazały,
że materiał jest jednorodny, zwłaszcza w obszarach
przylegania poszczególnych linii. Otrzymano zadowalające
wielkości makroporów (RYS. 4b). HA ujawnił również
mikroporowatość (1-10 μm) (RYS. 4c,d). Przewiduje się,
że jest to korzystne z punktu widzenia przerastania tkanką,
polepszając tym samym połączenie implant-kość.
Stwierdzono, że zaproponowana metoda pozwala
w sposób kontrolowany budować porowate struktury
przestrzenne z hydroksyapatytu.
Results and discussion
FIG. 4 shows hydroxyapatite samples made
by robocasting. It was possible to fabricate grids with
a fi nal line diameter as low as 150 μm. Optical microscope
and SEM was used to observe macro and micro structure.
Pictures show that bonding between layers is very
good. Material is homogeneous. HA sample reveals
microporosity in the range of 1-10 μm (FIG. 4b,c). It is
believed that it is a positive aspect concerning bone cells
ingrowth making the implant-bone bonding stronger.
Robocasting technique allows to fabricate 3D HA structures
with controlled porosity.