Struttura e proprietà del tantalio poroso stampato in 3D

A causa dell'elevata densità del tantalio metallico, quando utilizzato come materiale per impianti medici, si presenta solitamente sotto forma di una struttura porosa, che non solo dà pieno gioco all'eccellente biocompatibilità del tantalio metallico, ma allo stesso tempo fornisce un canale naturale per la crescita dei tessuti con la ricca struttura dei pori dei materiali porosi. Pertanto, un’altra importante area di ricerca relativa alla stampa 3D del tantalio poroso è il tantalio poroso. Tuttavia, dallo sviluppo dei metalli stampati in 3D fino ad oggi, sono state riportate relativamente poche ricerche sui materiali al tantalio poroso stampati in 3D. L'Università di Lovanio, in Belgio, ha realizzato la preparazione di materiali porosi di tantalio con struttura dei pori uniforme utilizzando polvere di tantalio metallico sferico come materia prima nel 2015 e ha valutato in modo completo le loro proprietà meccaniche.

I risultati del test di sollecitazione-deformazione di compressione mostrano che il carico di snervamento è 12,7 MPa s 0.6 MPa, lo stress di plateau è 21,8 MPa s 0.9 MPa, il modulo elastico di compressione è 1,22 GPa s 0.07 GPa e la regione plateau delle curve è liscia e non seghettata, il che indica che il materiale poroso al tantalio preparato da SLM ha un'eccellente plasticità e il modulo è perfettamente abbinato a quello dell'osso spongioso umano. Inoltre, il limite di fatica a compressione del tantalio poroso è 7,35 MPa (10⁶ volte), il che dimostra un'elevata resistenza al carico ciclico.
Attualmente, il tantalio e il tantalio poroso sono considerati i migliori materiali per impianti ortopedici biocompatibili e l'applicazione cinese del tantalio poroso stampato in 3D è all'avanguardia nel mondo. Nel 2016, con il supporto del Programma chiave di ricerca e sviluppo del Ministero della Salute Science and Technology, il Northwest Nonferrous Metals Research Institute (NWNMRI), insieme al Southwest Hospital, hanno realizzato il primo caso al mondo di preparazione personalizzata del corpo dell'impianto in tantalio poroso stampato in polvere con fascio elettronico e hanno raggiunto l'applicazione clinica. Allo stato attuale, il Northwest Nonferrous Metals Research Institute e la sua subordinata Xi'an Sailon Metal Materials Co. hanno realizzato la copertura dell'intera catena industriale di materie prime in polvere, apparecchiature per la formazione di fasci di elettroni e processi di impianti medici di tantalio poroso.