Alloy development for additive manufacturing of prostheses and reconstructive implants

Alvorlige ulykker eller sykdommer kan føre til skader i kjeve og munnhule som krever kirurgi og bruk av implantater eller proteser. Når behovet inntreffer, kan det være helsemessig gunstig å raskt kunne skaffe tilveie spesialtilpassede metalliske deler. Dette kan gjøres ved å benytte de muligheter som finnes innen metallprinting, forutsatt at materialet til implantatet har de egenskapene som kreves. MetAMet prosjektet er et konsortium bestående av Universitetet i Stavanger og Nordisk Institutt for Odontologiske Materialer i Norge, og Indian Institute of Technology Madras og Advanced Research Centre for Powder Metallurgy and New Materials i India. 3D-printing av metall er en teknologi under stadig utvikling. MetAMet skal forske på sammenhengen mellom prosessparametere og egenskapene til produktet, og kvaliteten og egenskapene til materialet som er styrt av deres mikrostruktur. Vi vil justere prosessparameterne og den kjemiske sammensetningen, samtidig som mekaniske- og korrosjonsegenskaper testes og sees i sammenheng med strukturen ned til nano-nivå. Dette gir grunnlag for optimalisering av prosessparametere og den kjemiske sammensetning til legeringen. Før klinisk bruk, må alle aspektene ved materialet man bruker kvalitetssikres. Hvis tradisjonelle produksjonsprosesser og materialer i implantater og proteser kan erstattes med 3D-printede produkter, har dette minst følgende positive følger: 1) Økonomisk/miljømessig: Reduksjon av materialbruk, fører til lavere kostnader og energiforbruk. 2) Helsemessig: Øke tilgangen til denne type inngrep til større deler av befolkningen, og 3) Samfunnsmessig: Reduksjon i bruk av kobolt hvor uttak er forbundet med store konflikter. Kunnskap om 3D-prinitng har allerede blitt tatt i bruk i India for å hjelpe pasienter som trenger rekonstruksjon av kraniet. Forskningsprosjektet vil også gi stor synergieffekt for bruk av 3D-printa komponenter innen andre næringer. 3D-printing er en teknologi som gir mulighet for å produsere deler raskt når behovet er der, dermed redusere kostnader ved å innskrenke lagerplass og unngå overproduksjon av ubrukte reservedeler.

This project aims to investigate the replacement of traditionally produced implants and medical prostheses with parts produced by additive manufacturing (AM). This will reduce the need for raw material and enable print-on-demand possibilities, providing an easy method to supply customised parts with rapid delivery. The composition is to be optimized to minimise the use of cobalt, a sought-after natural resource, while preserving the strength and mechanical properties found in conventionally produced samples. 3D-printing of metals (Metal AM) is a new technology where the combination of printer-parameters for different alloys, material properties and microstructure is not fully known. Printed alloys for use in medical treatment are considered advanced materials, early in their technological life-cycle, taking advanced production procedures and nanotechnology into use. In this discipline the need for custom made components with state-of-the-art technological properties is high, and may be filled by the use of AM, also capable of repairing damaged parts and build final shaped parts. To find the best solutions for composition and production parameters, testing of mechanical strength and corrosion properties together with detailed analyses of the material structure down to nano-scale will be a major part of this study. The project is to study samples fabricated of CoCr alloys by Direct Metal Laser Sintering methods, popularly known as Selective Laser Melting (SLM). This will lay the basis for developing alloys safe for implanting, with the benefits of digital design techniques and economies of reduced material consumption of SLM. The project is a research collaboration between India and Norway between Indian Institute of Technology Madras, Advanced Research Centre for Powder Metallurgy and New Materials, The University of Stavanger and the Nordic Institute of Dental Materials with focus on advanced materials for health improvement and new medical technology.