Анализ макро- и микрогеометрии CoCr стентов, изготовленных с помощью селективного лазерного плавления
П. Килина
, А. Дроздов
, А.Г. Кучумов
, Л.Д. Сиротенко
Abstract: Цель: создание сетчатых архитектур стентов с настраиваемыми характеристиками макро- и микрогеометрии с помощью дизайна, численного моделирования и селективного лазерного плавления. Материалы и методы: Перемычки стентов из CoCr, изготовленные с помощью технологии селективного лазерного плавления, были оценены с помощью растровой электронной микроскопии, оптической световой микроскопии и рентгеновской томографии. Для создания трехмерной геометрии образцов использовалось программное обеспечение NX. Для анализа остаточных напряжений и перемещений CoCr стентов, изготовленных с помощью технологии селективного лазерного плавления было проведено моделирование в ANSYS Additive Print. Плавление порошка CoCr проводилось при мощности лазера 40-42,5 Вт, расстоянии между точками 10-15 мкм, времени экспозиции 40-60 мкс. Результаты: С помощью технологии селективного лазерного плавления из CoCr порошка получены решетчатые структуры коронарных стентов с микропористостью в продольном и поперечном направлениях <1%. Поры не превышают размер частиц порошка и находятся в диапазоне 30-40 мкм. Размерные отклонения от 3D-модели составили 0,01-0,07 мм. Обсуждение: Выбранные режимы обеспечивают равномерное проникновение во внутреннюю структуру, дефекты в виде несплавлений и трещин между слоями и внутри каждого слоя не обнаружены. Однако выявлены различия в формировании поверхностного слоя в зависимости от режимов сплавления. Заключение: В результате селективного лазерного плавления получены конструкции стентов высотой 15 мм с диаметром 2 мм и размером мостика 150-220 мкм. В результате моделирования и экспериментальных исследований установлены режимы, позволяющие формировать бездефектные или с минимальным количеством дефектов элементы каркаса стента.
Keywords: CoCr порошок; макрогеометрия; металлический стент; микрогеометрия; селективное лазерное плавление; рентгеновская томография
| References: (click to open/close) | [1] Jiang W., Zhao W., Zhou T., Wang L., Qiu T., 2022. A Review on Manufacturing and Post-Processing Technology of Vascular Stents. Micromachines 13, 140.
[2] Sarraj R., Hassine T., Gamaoun F., 2024. The influence of hydrogen diffusion in the structure of NiTi wires on their behavior during the cyclic loading. Ser Biomech 38, 57–62.
[3] Kuchumov A.G., Nyashin Y.I., Samartsev V.A., Tuktamyshev V.S., Lokhov V.A., Shestakov A.P., 2017. Mathematical modelling of shape memory stent placing at endobiliary interventions. Russ J Biomech 21, 394–404.
[4] Khairulin A., Kuchumov A.G., Silberschmidt V.V., 2024. In silico model of stent performance in multi-layered artery using 2-way fluid-structure interaction: Influence of boundary conditions and vessel length. Comput Methods Programs Biomed 255.
[5] Ubaydullaeva V.U., Magroupov B.A., Alimov D.A., Salokhiddinov S.N., Mirzakarimov H.F., 2023. Coronary stents: technical evolution, prospects and failures. Bull Emerg Med 16, 62–68.
[6] Boyarintsev M.I., 2013. Biomechanical properties of coronary stent with nanostructured bioinert carbon coating. Scientific journals. Series Medicine Pharmacy 11(154), 146–149.
[7] Fedorchenko A.N., Osiev A.G., Protopopov A.V., Stolyarov D.P., Kochkina K.V., Shmatkov M.G., 2008. Stent length as a factor in the development of restenosis after percutaneous coronary interventions in patients with coronary artery disease. Circulatory Pathology and Cardiac Surgery 3, 29-33.
[8] Zheng Y., Yang H., 2020. Manufacturing of cardiovascular stents. Met Biomater Process Med Device Manuf, 317–340.
[9] Yang L., Chen X., Zhang L., Li L., Kang S., Wang C., et al., 2019. Additive Manufacturing in Vascular Stent Fabrication. MATEC Web Conf 253, 03003.
[10] Finazzi V., Demir A.G., Biffi C.A., Chiastra C., Migliavacca F., Petrini L., et al., 2019. Design rules for producing cardiovascular stents by selective laser melting: Geometrical constraints and opportunities. Procedia Struct Integr 15,16–23.
[11] Safdel A., Torbati-Sarraf H., Elbestawi M.A., 2023. Laser powder bed fusion of differently designed NiTi stent structures having enhanced recoverability and superelasticity. J Alloys Compd, 954.
[12] Zulkefli A.A., Mazlan M.H., Takano H., Md Salleh N.S., Jalil M.H., 2024. Biomedical Analysis of Lateral Lumbar Interbody Fusion (LLIF) Cage for Lumbar Vertebrae. Ser Biomech 38, 45–56.
[13] Munir K., Biesiekierski A., Wen C., Li Y., 2020. Selective laser melting in biomedical manufacturing. Met Biomater Process Med Device Manuf, 235–69.
[14] Kilina P.N., Sirotenko L.D., Kozlov M.S. Drozdov A.A., 2023. Quality assurance thermophysical aspects of highly porous implants with cellular structure obtained by selective laser melting. Russ J Biomech 27, 165–74.
[15] Hedberg Y.S., Qian B., Shen Z., Virtanen S., Odnevall Wallinder I., 2014. In vitro biocompatibility of CoCrMo dental alloys fabricated by selective laser melting. Dent Mater 30, 525–534.
[16] Munir K., Biesiekierski A., Wen C., Li Y., 2020. Introduction to biomedical manufacturing. Met Biomater Process Med Device Manuf, 3–29.
[17] Hitzler L., Merkel M., Hall W., Öchsner A., 2018. A Review of Metal Fabricated with Laser- and Powder-Bed Based Additive Manufacturing Techniques: Process, Nomenclature, Materials, Achievable Properties, and its Utilization in the Medical Sector. Adv Eng Mater, 20.
[18] Volkova E.L., Zamyshlyaev A.V., Tikhomirova I.A., Kolobanov A., Gerasenkov V., Muravyov A.V., et al., 2024. The contribution of red blood cell microrheological characteristics to impaired blood fluidity in peripheral arterial occlusive disease (PAOD) and their correction with gasotransmitters. Ser Biomech 38, 3–10.
[19] Demir A.G., Previtali B., 2017. Additive manufacturing of cardiovascular CoCr stents by selective laser melting. Mater Des 119, 338–350.
[20] Langi E., Zhao L.G., Jamshidi P., Attallah M.M., Silberschmidt V.V., Willcock H., et al., 2021. Microstructural and Mechanical Characterization of Thin-Walled Tube Manufactured with Selective Laser Melting for Stent Application. J Mater Eng Perfor 30, 696–710.
[21] Marques B.M., Andrade C.M., Neto D.M., Oliveira M.C., Alves J.L., Menezes L.F., 2020. Numerical analysis of residual stresses in parts produced by selective laser melting process. Procedia Manuf 47, 1170–1177.
[22] Munir K.S., Li Y., Wen C., 2017. Metallic scaffolds manufactured by selective laser melting for biomedical applications. Met Foam Bone Process Modif Charact Prop, 1–23.
[23] Wauthle R., Vrancken B., Beynaerts B., Jorissen K., Schrooten J., Kruth J.P., et al., 2015. Effects of build orientation and heat treatment on the microstructure and mechanical properties of selective laser melted Ti6Al4V lattice structures. Addit Manuf 5, 77–84.
[24] Yuan L., Ding S., Wen C., 2019. Additive manufacturing technology for porous metal implant applications and triple minimal surface structures: A review. Bioact Mater 4, 56–70.
[25] Song C., Yang Y., Wang Y., Wang D,. Yu J., 2014. Research on rapid manufacturing of CoCrMo alloy femoral component based on selective laser melting. Int J Adv Manuf Technol 75, 445–453.
[26] Popovich A.A., Sufiiarov V.S., Borisov E.V., Polozov I.A., Masaylo D.V., Grigoriev A.V., 2016. Anisotropy of Mechanical Properties of Products Manufactured Using Selective Laser Melting of Powdered Materials. Izv Vuzov Poroshkovaya Metall i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings Powder Metall аnd Funct Coatings), 4–11.
[27] Kilina P., Drozdov A., Kuchumov A.G., Morozov E., Sirotenko L., Smetkin A., 2024. Two-Staged Technology for CoCr Stent Production by SLM. Materials 17, 5167.
[28] Biesiekierski A., Ping D., Li Y., Lin J., Munir K.S., Yamabe-Mitarai Y., et al., 2017. Extraordinary high strength Ti-Zr-Ta alloys through nanoscaled, dual-cubic spinodal reinforcement. Acta Biomater 53, 549–558.
[29] Brandt M., Sun S., Leary M., Feih S., Elambasseril J., Liu Q., 2013. High-Value SLM Aerospace Components: From Design to Manufacture. Adv Mater Rest 633,135–147.
[30] Ataee A., Li Y., Brandt M., Wen C., 2018. Ultrahigh-strength titanium gyroid scaffolds manufactured by selective laser melting (SLM) for bone implant applications. Acta Mater 158, 354–368.
|
|
| Date published: 2024-12-11
(Price of one pdf file: 39.00 BGN/20.00 EUR)
