Na VUT testují unikátní slitinu hořčíku. Uplatnění by našla v medicíně i letectví

Vytisknout na míru 3D implantát z hořčíku, který se časem vstřebá do těla. Tak vypadá jeden z cílů výzkumu, na kterém pracuje i doktorand Jan Suchý z Ústavu konstruování Fakulty strojního inženýrství VUT. Konkrétně zkoumá slitinu hořčíku WE43, kterou by v budoucnu mohla využívat jak medicína, tak průmysl. Tento materiál se ve světě zatím téměř nikde nezpracovává pomocí 3D tisku. Zejména kvůli jeho hořlavosti, která způsobuje při výrobě problémy.

Výzkumníci z FSI VUT už jsou schopní z hořčíkové slitiny tisknout první kostky | Autor: archiv Jana Suchého

Hořčíkový materiál se zatím téměř nikde na světě nevyužívá při 3D tisku. Pokud se ale podaří vyřešit technické obtíže při jeho tavení a následném tuhnutí, mohla by se v budoucnu situace změnit. Ukazuje se totiž, že by to mohl být materiál zajímavý hned pro několik oborů. „Než jsme s výzkumem začali, samozřejmě jsme si dělali podrobnou rešerši. Z té vyplynulo, že by hořčík měl být zpracovatelný. Navíc z prvních pokusů se zdá, že je to poddajný materiál. Jen generuje technické problémy, které musíme vyřešit,“ uvedl doktorand Jan Suchý s tím, že testování probíhá už také v Německu. „Objevilo se pár článků, že s hořčíkem zkouší pracovat i v Číně. Zdá se ale, že tam jde nakonec výzkum trochu jiným směrem,“ dodal.

Na Fakultě strojního inženýrství VUT konkrétně pracují na vytvoření procesních parametrů pro zpracování tohoto nového materiálu na 3D tiskárně. „Používáme laser k tomu, aby spojoval jemný prášek dohromady a mohli jsme tak stavět v podstatě libovolně tvarované díly,“ popsal Suchý. Hlavní myšlenkou výzkumu, na kterém se podílí také Fakulta chemické technologie VŠCHT v Praze, je tisknout z hořčíku v budoucnu díly potřebných tvarů, které budou moci lékaři vkládat pacientům do těla. Například v podobě kostních náhrad. Výzkumníci totiž mohou v dílech vystavět strukturovanou porózní síť podle potřeb. Další výhodou materiálu je jeho vstřebatelnost. „Hořčík je odbouratelný přímo v lidském těle. Buď by se tím prodloužila doba reoperace, nebo by se daná náhrada nemusela vyoperovat vůbec. V těle by se vstřebala a nadbytek hořčíku by se jednoduše vyloučil močí,“ vysvětlil Suchý. Hořčík by navíc mohl tkáň vyživovat a hojení tím urychlit.
Podle Jana Suchého je ale k finálnímu zvládnutí technologie tisku cesta poměrně dlouhá. „S hořčíkem se sice pracovat dá, ale zatím se potýkáme také s řadou problémů. Je totiž například velmi reaktivní. A ve formě prášku ještě víc. Snadno se tak vznítí,“ upozornil Suchý. I proto je skladován jako nebezpečný materiál a nesmí se k němu dostat kyslík. Dalším problémem je, že se v komoře chová poměrně nestandardně. „Má velmi nízký výparný bod, což vede k jeho snadnému výparu při úderu laseru. Vzniká tak mlha spalin, která rozostřuje svazek laseru, jehož pomocí se prášek taví. Musíme proto kouř vyvádět ven,“ popsal Suchý a dodal, že na zařízení už museli udělat několik změn. Vyvinuli navíc i vlastní filtraci.

Pokud se podaří odstranit všechny překážky, budou mít výzkumníci stabilní podmínky a budou moci začít s intenzivnějším testováním. Už nyní se jim ale daří stavět první kostky, na kterých zkouší, jak je materiál pórovitý. „Cílem je dosáhnout takřka stoprocentně tuhého materiálu. Pomocí mřížek pak můžeme vystavět strukturovanou síť požadovaného tvaru a hustoty,“ uvedl Jan Suchý. Materiál by tak podle něj mohl najít uplatnění nejen v medicíně, ale například i automobilovém průmyslu či letectví. „Nedávno jsem četl studii, která ukázala, že lze odlehčovat díly za použití porózních struktur. Při zachování funkčnosti lze ušetřit až osmdesát procent váhy. To by mohlo být zajímavé například pro vesmírný výzkum, protože každé kilo, které do vesmíru nesete, se neskutečně prodraží,“ podotkl Suchý s tím, že ve spojení s hořčíkem by se pak mohlo jednat o ještě atraktivnější materiál. „Součástky z hořčíku jsou podobné pevnosti jako hliník, ale podstatně lehčí. Pokud se nám podaří vymyslet, jak ho použít mimo tělo tak, aby nekorodoval, mohla by to být v budoucnu velmi zajímavá alternativa,“ uzavřel Suchý.
Zdroj: zvut.cz