Разработка полиимидных композиционных материалов для эндопротезирования с использованием аддитивных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Поляков Игорь Владимирович

• Поляков Игорь Владимирович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Поляков Игорь Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Аддитивные технологии

1.2.1 Стереолитография (SLA)

1.2.2 Селективное лазерное спекание (SLS)

1.2.3 Моделирование методом наплавления (FDM)

1.3 Применение аддитивных технологий

1.3.1 Автомобилестроение

1.3.2 Электронная промышленность

1.3.3 Аэрокосмическая отрасль

1.3.4 Строительная и архитектурная индустрия

1.3.5 Текстильная промышленность

1.4 Аддитивные технологии в медицине

1.4.1 Изготовление моделей на основе медицинских данных

1.4.2 Биомодели для хирургического планирования и внутриоперационного ориентирования

1.4.3 Пациент-специфичные имплантаты

1.4.4 Тканевая инженерия

1.4.5 Доставка лекарств

1.5 Материалы, применяемые в аддитивных технологиях

1.6.2 Аморфные полимеры

1.6.3 Частично кристаллические полимеры

1.7 Композиционные полимерные материалы

1.7.1 Модификация полимерных материалов нанонаполнителями

1.7.2 Модификация полимерных материалов микронными наполнителями.. 39 1.8 Полимерные материалы в медицине

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы

2.2 Получение композиционных материалов и образцов на их основе

2.2.1 Получение нанокомпозиционных материалов на основе аморфного полиэфиримида ЦИеш

2.2.2 Получение композиционных материалов на основе аморфного полиэфиримида ЦИеш 1000 с дискретными углеродными волокнами

2.2.3 Синтез частично кристаллического полиимида Р-ОДФО

2.2.4 Получение нанокомпозиционных материалов на основе частично кристаллического полиимида Р-ОДФО

2.2.5 Получение композиционных материалов на основе частично кристаллического полиимида Р-ОДФО с дискретными углеродными волокнами

2.2.6 Грануляция полученных композиционных материалов на основе Р-ОДФО

2.2.7 Получение образцов методом литья под давлением

2.2.8 Получение филаментов для БОМ-печати из исследуемых композиционных материалов

2.2.9 БЭМ-печать образцов из исследуемых композиционных материалов

2.3 Методы исследования

2.3.1 Изучение вязкости расплавов исследуемых материалов

2.3.2 Термический анализ исследуемых материалов

2.3.3 Исследование механических характеристик

2.3.4 Исследование внутренней структуры полученных образцов

2.3.5 In vitro исследования цитотоксичности разработанных композиционных материалов

2.3.6 In vivo исследования биоинертности разработанных композиционных материалов

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ FDM-ПЕЧАТИ НА ОСНОВЕ АМОРФНОГО ПОЛИЭФИРИМИДА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ БИОИНЕРТНОСТИ

3.1 Исследование вязкости расплава полиэфиримида и композитов на его основе

3.2 Исследование термических свойств композиционных материалов на основе полиэфиримида

3.4 Исследование механических свойств и внутренней структуры нанокомпозиционных материалов на основе полиэфиримида Ultem

3.5 Исследование механических свойств и внутренней структуры композиционных материалов на основе полиэфиримида Ultem с дискретными углеродными волокнами

3.5 Исследование композиционных материалов на основе полиэфиримида на цитотоксичность и биосовместимость

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ FDM-ПЕЧАТИ НА ОСНОВЕ ЧАСТИЧНО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛИИМИДА

4.1 Исследование вязкости разработанных композиционных материалов

4.2 Исследование термических свойств разработанных композиционных материалов

4.3 Исследование механических свойств и внутренней структуры нанокомпозиционных материалов на основе Р-ОДФО

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ FDM-ПЕЧАТИ НА ОСНОВЕ ЧАСТИЧНО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛИИМИДА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИСКРЕТНЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ

5.1 Исследование вязкости разработанных композиционных материалов

5.2 Исследование термических свойств разработанных композиционных материалов

5.3 Исследование механических свойств и внутренней структуры композиционных материалов с дискретными углеродными волокнами

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ БИОСОВМЕСТИМОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ FDM-ПЕЧАТИ НА ОСНОВЕ ЧАСТИЧНО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛИИМИДА

6.1 In vitro испытания разработанных композиционных материалов на основе MTT-теста

6.2 In vitro испытания разработанных композиционных материалов на основе остеогенной дифференцировки

6.3 In vivo испытания разработанных композиционных материалов на основе имплантирования в мышечную ткань крысы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

100

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка полиимидных композиционных материалов для эндопротезирования с использованием аддитивных технологий»

Актуальность темы исследования

В связи с увеличением числа людей, страдающих от дорожно-транспортных и спортивных травм, рака костей, дефектов зубов и врожденных заболеваний, в последние годы во всем мире растет потребность в эндопротезировании тазобедренного сустава, черепно-челюстно-лицевых и спинальных имплантатах. С этой точки зрения разработка новых материалов для замещения костной ткани имеет практическое значение. Материалы для производства костных имплантатов должны быть нетоксичны для организма, биосовместимы и, при этом, обладать требуемыми механическими свойствами. Разработка и успешное внедрение новых биоматериалов для применения в инженерии костной ткани состоит из нескольких этапов, включая правильный выбор и изготовление материалов, микроструктурные и механические характеристики, испытания in vitro и in vivo, а также клинические испытания [1].

Материалы, используемые в инженерии костной ткани, обычно включают металлы, полимеры и композиты на их основе. Использование металлических имплантатов имеют определенные недостатки, в том числе эффект экранирования напряжения и проблемы с коррозией. Первый возникает из-за значительного несоответствия модуля Юнга между имплантатом и принимающей костью, что приводит к уменьшению костной массы и расшатыванию имплантата. Коррозия возникает из-за высвобождения ионов металлов при взаимодействии имплантатов с биологическими жидкостями, что может вызвать аллергию, воспаление и цитотоксичность. Еще одной очевидной проблемой металлических имплантатов является рентгеноконтрастность, что также накладывает ограничения на дальнейшую жизнь пациента.

В связи с этим, полимеры с высокими прочностными свойствами, более близкими к показателям костной ткани, хорошей химической стойкостью и малым весом являются привлекательными материалами для ортопедических применений [2]. Однако полимерных материалов, обладающих достаточными механическими

характеристиками, чтобы их использовать для замены костной ткани и, при этом, сертифицированных для применения в качестве материала для имплантатов, на данный момент существует крайне мало. Поэтому, крайне важной задачей является внедрение новых полимерных материалов, отвечающих вышеперечисленным требованиям.

Еще один актуальный вопрос - это производство пациент-специфичных имплантатов, повторяющих максимально точно форму повреждения (дефекта) костной ткани пациента. Для этого все чаще применяются аддитивные технологии - построение изделия путем послойного нанесения материала по контурам заранее созданной с помощью, например, компьютерной томографии цифровой 3D модели повреждения. Вкупе с возможностью построения точной 3D модели имплантата на основе снимков компьютерной томографии применение аддитивных технологий является крайне многообещающим развитием данной сферы. Наиболее популярным методом среди аддитивных технологий является моделирование методом послойного наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM), благодаря доступности оборудования и материалов для печати. Одной из основных проблем технологии FDM для функционального применения являются низкие механические свойства получаемых изделий по сравнению с традиционными методами производства, такими как экструзия или литье под давлением. Это связано с неизбежным наличием пор из-за послойного нанесения материала [3], недостаточной адгезией между слоями. Для улучшения термомеханических свойств этих изделий, полученных методом FDM, необходимо использовать термопласты, обладающие высокими прочностными характеристиками [4]. Наиболее высокими прочностными свойствами обладают полимеры из группы высокотехнологичных или суперконструкционных полимеров, которые обладают не только высокими прочностными характеристиками, но и повышенной термо- и теплостойкостью, трещиностойкостью, морозостойкостью, химстойкостью наряду с биосовместимостью и нетоксичностью. Наиболее известным представителем таких полимеров является класс термопластичных полиимидов. Для улучшения

механических свойств и улучшения совместимости с костной тканью может осуществляться модификация этих материалов различными типами наполнителей.

Степень разработанности темы исследования

Получение костных имплантатов на основе суперконструкционных полимерных материалов с использованием аддитивных технологий активно развивается и получает все более широкое распространение. Но, поскольку выбор подходящих материалов достаточно мал, большинство работ ограничены исследованием уже сертифицированных для медицинского применения материалов, таких как полиэфирэфиркетон (PEEK) [5], полиэфиримид (Ultem 1010) [6] и некоторыми другими потенциально биосовместимыми полимерами, например полифениленсульфон (PPSU). Разработка нового биосовместимого полимерного материала и композитов на его основе, изучение его физико-механических свойств и оценка влияния полученных из него изделий на клеточные культуры и живые ткани позволит расширить узкий круг применяемых в инженерии костной ткани материалов и ускорить развитие данной отрасли.

Цели и задачи

Целью настоящей работы является получение новых композиционных биоинертных материалов для FDM-печати, близких по механическим свойствам к костной ткани, на основе высокоэффективных полиимидов, модифицированных микро- и наноразмерными углеродными наполнителями, исследование реакции организма на их имплантацию, а также изучение их теплофизических, деформационно-прочностных характеристик, морфологии и структуры для применения в эндопротезировании.

Поставленные задачи исследования:

1. Синтез частично кристаллического полиимида и получение композиционных материалов на основе синтезированного и коммерческого полиимида.

2. Выявление оптимальных концентраций углеродных наполнителей полиимидных термопластов для FDM-печати с целью достижения

механических характеристик, близких к аналогичным показателям костной ткани.

3. Изучение влияния различных типов углеродных наполнителей на структуру и механические свойства напечатанных образцов, оценка их соответствия деформационно-прочностным и упругим свойствам, необходимым для производства имплантатов, заменяющих костную ткань.

4. Проведение in vitro испытаний на клеточных линиях человека для оценки цитотоксичности исследуемых композитов и жизнеспособности клеток на поверхности этих материалов.

5. Проведение in vivo испытаний путем имплантации полученных образцов в мышечную ткань для изучения реакции организма на внедрение разработанных материалов, оценка их биоинертности и возможности применения в инженерии костной ткани и трансплантологии.

Научная новизна

• В ходе работы впервые были получены образцы методом FDM-печати из композиционных материалов на основе синтезированного полиимида.

• Показано, что введение углеродных нановолокон приводит к снижению пористости напечатанных полиимидных образцов.

• Разработанные материалы не оказывают цитотоксического воздействия на культуры клеток фибробластов, остеосаркомы человека и мезенхимных стромальных клеток человека. Наблюдается хорошая клеточная адгезия на поверхности материала, что указывает на биоинертность исследованных полиимидных композитов, а также хорошее взаимодействие клеток с поверхностью образцов.

• Морфологический анализ среза мышечной ткани через 6 месяцев после имплантации показал отсутствие воспалительной реакции на разработанные материалы.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработанные материалы до этого не были исследованы на предмет их взаимодействия как с клеточными культурами, так и непосредственно с организмом. In vitro и in vivo исследования показали, что данные новые материалы на основе полиимида Р-ОДФО являются биоинертными, не оказывают негативного влияния на клеточные культуры и ткани организма. Так как полиимид Р-ОДФО ранее не подвергался переработке с помощью FDM-технологии, к теоретической значимости работы относится определение оптимальных концентраций различных видов наполнителей как нано-, так и микронного размера для получения филаментов для FDM-печати. Также, было впервые показано, что введение углеродных нановолокон может значительно снижать пористость напечатанных изделий, что является очень важным параметром для изделий, полученных с помощью FDM-технологии, влияющим на механические свойства и соответственно на разнообразие возможностей функционального применения.

Практическая значимость данного исследования заключается в том, что изделия, полученные методом FDM-печати из разработанных новых композиционных материалов на основе полиимида обладают высокими механическими характеристиками, что вместе с доказанной in vivo их биоинертностью позволяет говорить о потенциальной возможности их применения в области медицины, в том числе для производства костных имплантатов.

Методология и методы исследования

В основе методологии диссертации лежит системный и комплексный подход к решению современных проблем в области разработки и исследования новых композиционных материалов, перерабатываемых методом FDM-печати, для инженерии костной ткани и трансплантологии. Для получения и переработки полиимидных композиционных материалов были использованы следующие установки: двухшнековый лабораторный микроэкструдер DSM Xplore MC5 (Xplore, Нидерланды), микроинжектор DSM Xplore IM5.5 (Xplore, Нидерланды), оригинальный FDM-принтер для печати высокотермостойкими полимерами (Россия). Исследование реологических, теплофизических, механических свойств и

структуры материалов было осуществлено с использованием современного лабораторного оборудования: реологический анализ (Physica MCR301 Anton Paar, Австрия), термогравиметрический анализ (ТГА) (Iris Netzsch TG 209 Fl, Германия), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) (Netzsch DSC 204 FlPhoenix, Германия), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) (Carl Zeiss Supra-55, Германия), разрывная машина (ElectroPuls E1000, США). Биосовместимость материалов была исследована с помощью in vitro и in vivo тестов, таких как MTT-тест, остеогенная дифференцировка и имплантация в мышечную ткань.

Положения, выносимые на защиту:

1. Введение углеродных нановолокон VGCF в полиимидную матрицу обеспечивает снижение пористости напечатанных образцов и увеличивает их деформацию до разрушения.

2. Введение армирующих дискретных углеродных волокон приводит к увеличению прочности и модуля Юнга напечатанных образцов.

3. Материалы не оказывают выраженного цитотоксического действия на культуру клеток человека. Клетки хорошо прикрепляются к поверхности исследуемых образцов и сохраняют жизнеспособность на протяжении продолжительного времени.

4. Данные материалы способствуют формированию костного матрикса в процессе остеогенной дифференцировки мезенхимных стромальных клеток человека.

5. Исследования in vivo показали, что на коротких сроках наблюдается умеренное асептическое воспаление, но через полгода признаков воспалительной реакции не обнаруживается и материал инкапсулируется.

Личный вклад автора

Лично автором были выполнены анализ и обобщение имеющихся литературных данных по теме диссертационного исследования, поставлены цели и

задачи работы, осуществлен синтез термопластичных полиимидов и получение композиционных материалов на их основе, исследование свойств. Автор освоил методику и интерпретировал результаты оценки биосовместимости материалов, принимал непосредственное участие в анализе и обработке результатов исследования, написании научных статей. Основные результаты данного исследования получены с использованием экспериментальной базы лаборатории «Полимерные материалы для тканевой инженерии и трансплантологии» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Петра Великого и лаборатории Механики полимеров и композиционных материалов Института высокомолекулярных соединений Российской академии наук. Планирование экспериментов и обсуждение полученных результатов проводилось совместно с научным руководителем д.ф-м.н. В. Е. Юдиным и с.н.с лаборатории «Полимерные материалы для тканевой инженерии и трансплантологии» Г. В. Вагановым. Исследования теплофизических свойств, вязкости и испытания in vitro были осуществлены коллегами из вышеупомянутых лабораторий. Испытания in vivo осуществлялись в Лаборатории экспериментальной травматологии и ортопедии им. Г.И. Гайворонского Национального медицинского исследовательского центра детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера. Обработка результатов этих исследований проводилась непосредственно автором, как и анализ остальных данных, а также подготовка результатов к публикациям.

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов подтверждается их согласованностью, использованием комплекса современных взаимодополняющих методов исследования, анализа и статистической обработки полученных результатов и сравнение полученных данных с имеющимися на данный момент литературными источниками.

Апробация результатов диссертационного исследования

Основные результаты диссертационной работы были представлены на школе-конференции с международным участием для молодых ученых

«Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты» (г. Москва, 2018 г.), международной конференции для молодых ученых «Modern problems of polymer science», (г. Санкт- Петербург 2018, 2019 г.), международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы». Микитаевские чтения. (г. Нальчик 2021, 2022 г.) Публикации

По материалам диссертации опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах, входящих в базу данных Web of Science и SCOPUS, 5 тезисов докладов. Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 114 страницах и содержит 44 рисунка, 10 таблиц и 134 источника литературы. Структура работы включает введение, литературный обзор, объекты и методы, четыре главы результатов исследований и их обсуждения, заключение и список литературы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Аддитивные технологии

Технологии аддитивного производства (АТ), зачастую называемые 3D-печатью, в последние годы демонстрируют экспоненциальный рост своего применения как для быстрого прототипирования, так и для производства функциональных изделий [7]. Области применения этих технологий в различных отраслях промышленности продолжают расширяться [8-10]. Главным принципом всех аддитивных технологий является получение изделия путем послойного нанесения материала по контурам заранее созданной 3D-модели. При аддитивном построении можно изготавливать компоненты с чрезвычайно сложной геометрией, например, с внутренними каналами, спроектированными решетчатыми структурами с контролируемой и/или переменной пористостью. Такие структуры чрезвычайно трудно или невозможно производить традиционными методами.

При этом облегчается экономичное производство деталей небольшими партиями (от одной) без ущерба для взаимозаменяемости, тем самым сокращая время выполнения заказа, обеспечивая гибкость в цепочке поставок и месте производства (детали могут быть изготовлены там, где и когда они востребованы), и делает возможным переход от системы массового производства к единичному

[11]. Это также означает, что изменения конструкции влекут за собой гораздо меньшие затраты на производство, поэтому продукты потенциально могут быть адаптированы к потребностям отдельного потребителя.

В последние годы общая ситуация на рынке аддитивных технологий характеризовалась значительными темпами роста (Рис. 1.1). Доходы от услуг, а также продуктов (систем и материалов) за последнее десятилетие значительно выросли и в 2016 году мировые цифры превысили 6 миллиардов долларов США

[12]. Этот значительный рост вызвал большой интерес к деятельности, связанной с АТ, и крупные игроки в обрабатывающей промышленности (аэрокосмическая, энергетическая, автомобильная отрасли, потребительские товары и медицина/стоматология) начали деятельность в этой области. По прогнозам

аналитиков объем мирового рынка BD-печати вырастет до 45 миллиардов долларов в 2027 году (Рис. 1.2).

7000 6000 5000

0

э 4000 с

1 3000 2000 1000

о

■ Producís Services Мировые доходы от продуктов и услуг AT в период с 1995 по

Рисунок 1.1 -

2016 год [12]

Рисунок 1.2 - Прогноз развития рынка АТ в период с 2013 по 2027 год [13]

В настоящее время с помощью аддитивных технологий можно изготавливать детали из металлов, полимеров и керамики. Выручка от продаж материалов в 2018 году превысила 1 миллиард долларов США (Рис. 1.3). Наибольшая часть продаж этих материалов приходится на фотополимеры (350 миллионов долларов США) несмотря на то, что, за некоторыми исключениями, фотополимеры в настоящее время в основном используются для прототипирования. В 2015 году было продано металлов на сумму 127 млн долларов США, а на полимерные порошки для 3D-печати по методу селективного лазерного спекания было потрачено около 225 млн долларов США [14]. Остальные доходы в основном поступают от продажи полимерных филаментов для моделирования методом послойного наплавления (FDM). Таким образом, полимеры, безусловно, являются наиболее широко используемым классом материалов для аддитивных технологий.

2500

2000

1500

1000

500

]]

И

Воск

■ Песок Полимеры Металлы

■ Композиты

■ Керамика

2017

2018

2019

2020

Source: Senvol Database"

Рисунок 1.3 - Доля использования материалов для АТ в мире в период с

2017 по 2020 год [15]

1.2 Разновидности аддитивных технологий

В настоящее время доступен широкий спектр методов аддитивного производства. Основные различия заключаются в методе нанесения слоев и

используемых расходных материалах. Некоторые методы основываются на плавке или размягчении порошковых материалов для создания слоев: сюда входит селективное лазерное спекание (SLS), селективное лазерное сплавление (SLM), прямое лазерное спекание металлов (DMLS). Другим направлением является экструзия полимерных материалов, а именно печать методом послойного наплавления (FDM или FFF). Также существует производство твердых моделей за счет полимеризации фотополимеров, известное как стереолитография (SLA).

1.2.1 Стереолитография (SLA)

Одним из наиболее хорошо изученных методов аддитивного производства является SLA. В системах SLA когерентные источники света (обычно лазеры, излучающие в УФ-диапазоне) используются для индукции полимеризации и сшивки изначально жидкой смолы. Одним из основных преимуществ SLA является высокое пространственное разрешение, обеспечиваемое размером пятна сфокусированного лазерного луча. При SLA воздействие светом осуществляется последовательно путем сканирования лазерным лучом в плоскости поверхности светочувствительного материала (Рис. 1.4). Таким образом, время, необходимое для создания одного среза структуры, зависит от скорости, с которой сканируется лазерный луч и от освещаемой площади. Вертикальное разрешение зависит от глубины проникновения света, которую можно контролировать, добавляя подходящие поглотители к фотополимерной смоле. Стоит отметить, что основным трудоемким этапом SLA является не само лазерное сканирование, а нанесение нового слоя светочувствительного материала. Здесь, вязкость материала играет важную роль. Очень часто для снижения вязкости фотополимерной смолы необходимо использовать нереакционноспособные добавки или растворитель.

Рисунок 1.4 - Схема установки для стереолитографии (SLA) [16]

SLA требует использования светочувствительных смол, которые имеют достаточно низкие механические свойства, поэтому области применения, как правило, ограничиваются производством прототипов с ограниченной функциональностью. Исследования [17,18] показали, что выщелачивание из недостаточно отвержденных полимеров может вызывать цитотоксические реакции in vivo, что является одной из причин, по которой SLA до сих пор не используется для производства имплантатов, хотя новые биосовместимые и биоразлагаемые фотополимеры используются для замещения клеточной кости

[19].

1.2.2 Селективное лазерное спекание (SLS)

Процедура изготовления изделий состоит из напыления порошка и его затвердевания с последующим опусканием платформы сборки на один слой толщины (Рис. 1.5). Эти три этапа повторяются до тех пор, пока не будет спечен последний слой изготовленной детали. Процесс затвердевания выполняется с помощью лазерного источника (С02, 10,6 мкм в случае процессов плавления в порошковом слое) и лазерной оптики для сканирования контуров и слоев модели. Лазерное излучение поглощается и воздействует на локальный нагрев

частиц порошка, вызывая размягчение, плавление и затвердевание соседних частиц [20,21]. Напыление порошка между спеканием соседних слоев осуществляется с помощью валика для распределения частиц порошка, подаваемых одним или двумя бункерами, либо с одной или двух дополнительных площадок, обеспечивающих подачу порошка.

Рисунок 1.5 - Схема установки для селективного лазерного спекания (SLS)

[22]

На протяжении всей описанной процедуры в технологической камере поддерживается повышенная температура на несколько градусов ниже точки размягчения обрабатываемого материала. Целью этой меры является сокращение времени обработки и снижение количества термически индуцированных внутренних напряжений и искривлений, возникающих при послойном затвердевании. Однако постоянная тепловая нагрузка требует от пользователей поддерживать атмосферу инертного газа внутри камеры, чтобы предотвратить окислительное разложение материала во время процесса. Рассыпчатые частицы порошка остаются на платформе во время процесса и служат вспомогательным материалом. Благодаря этому детали с тонкой и сложной структурой могут быть изготовлены без необходимости использования вспомогательных конструкций и

материалов. Кроме того, стабилизирующий эффект порошкового слоя облегчает изготовление стопок моделей в процессе сборки, тем самым сокращая количество перерывов, вызванных удалением деталей. В конце производственного процесса порошок можно легко извлечь для повторного использования в следующих циклах.

1.2.3 Моделирование методом наплавления (FDM)

Моделирование методом послойного наплавления (Fused Deposition Modeling, FDM) является наиболее популярным методом среди аддитивных технологий [23,24]. Частоту применения метода FDM можно объяснить низкой стоимостью печатного оборудования, простотой обслуживания и, в то же время, возможностью получения высококачественных деталей сложной конфигурации. Исходным материалов для печати является филамент из плавкого полимера имеющий строго определенный диаметр, как правило 1,75 мм. Филамент нагревается в экструдере до вязкотекучего состояния, а затем выдавливается на платформу или поверх ранее напечатанных слоев (Рис. 1.6). Термопластичность филамента является важным параметром для данного метода, так как это позволяет нитям сплавляться вместе во время печати, а затем затвердевать при температуре ниже температуры течения полимера. Толщина слоя, ширина и ориентация нитей, а также воздушный зазор (в одном слое или между слоями) являются основными параметрами обработки, влияющими на механические свойства напечатанных изделий [25]. Установлено, что межслоевое искривление является основной причиной низких механических характеристик [26]. С начала 2000-х годов FDM был наиболее часто используемым методом AT во всем мире. Основные преимущества FDM-технологии BD-печати - низкая стоимость, высокая скорость и простота процесса.

С другой стороны, слабые механические свойства, слоистый внешний вид, плохое качество поверхности [27] и ограниченное количество термопластичных материалов являются основными недостатками FDM [25].

Рисунок 1.6 - Схема установки для моделирования методом послойного

наплавления (FDM) [28]

1.3 Применение аддитивных технологий

С момента появления аддитивных технологий их промышленное применение, которое изначально было ограничено быстрым прототипированием, росло очень высокими темпами, сливаясь с междисциплинарными отраслями науки и техники. В настоящее время существует широкий спектр применения аддитивных технологий:

1.3.1 Автомобилестроение

Применение аддитивных технологий помогает автомобильной отрасли получать новые продукты, экономя время и затраты на разработку. Автомобильные компании используют АТ для расширения своего ассортимента деталей, включая двигатели и кузова автомобилей. Он все чаще применяется к легким металлам и углеродным волокнам для изготовления небольших количеств структурных и функциональных компонентов (таких как: выхлопные трубы двигателей,

приводные валы, компоненты коробки передач и тормозные системы для предметов роскоши).

1.3.2 Электронная промышленность

Разработка полимерных композитов с индивидуальными электрическими свойствами и хорошей технологичностью исходного сырья позволила исследователям использовать FDM для печати деталей для диэлектрических, проводящих, сенсорных и накопительных приложений. Например, низкая относительная диэлектрическая проницаемость керамики и технологичность термопластов могут быть объединены для печати диэлектриков. Castles et al. продемонстрировали, что BD-печатная композитная деталь ABS-BaTiO3 имеет диэлектрические свойства в диапазоне, аналогичном объемным образцам, при условии очень высокого качества напечатанной детали без каких-либо пустот [29]. При оптимальном управлении параметрами печати можно использовать FDM для печати материалов для диэлектрических приложений, таких как пассивные антенны. Наполнители на основе углерода создают проводящие пути внутри полимеров и могут использоваться в качестве замены медного наполнителя, имеющего склонность к окислению. Эти проводящие нити можно использовать в FDM для печати как встроенных устройств, так и целых электронных схем. Flowers et al. продемонстрировали возможность печати конденсаторов, резисторов и катушек индуктивности с использованием этих проводящих нитей [30]. Leigh et al. продемонстрировали печать пьезорезистивных и емкостных датчиков с использованием композитных нитей из поликапролактона (PCL), наполненных сажей [31]. Напечатанные пьезорезистивные датчики способны обнаруживать механическое изгибание при изменении электрического сопротивления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Поляков Игорь Владимирович, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Velu R. et al. A Comprehensive Review on Bio-Nanomaterials for Medical Implants and Feasibility Studies on Fabrication of Such Implants by Additive Manufacturing Technique // Mater. 2020, Vol. 13, Page 92. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 13, № 1. P. 92.

2. Kurtz S.M., Devine J.N. PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants // Biomaterials. Biomaterials, 2007. Vol. 28, № 32. P. 4845-4869.

3. Tao Y. et al. A review on voids of 3D printed parts by fused filament fabrication // J. Mater. Res. Technol. Elsevier, 2021. Vol. 15. P. 4860-4879.

4. Ha C.-S., Anu S., Mathews G. Polyimides and High Performance Organic Polymers // Adv. Funct. Mater. Springer, Berlin, Heidelberg, 2011. P. 1-36.

5. Peng T.Y. et al. In Vitro Assessment of the Cell Metabolic Activity, Cytotoxicity, Cell Attachment, and Inflammatory Reaction of Human Oral Fibroblasts on Polyetheretherketone (PEEK) Implant-Abutment // Polym. 2021, Vol. 13, Page 2995. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2021. Vol. 13, № 17. P. 2995.

6. Suffo M. Determination of Adhesive to Be Applied in the Fabrication of Prototypes Using FDM Techniques of 3D Printing in Component Parts Using ULTEMtm 1010 // Lect. Notes Mech. Eng. Springer Science and Business Media Deutschland GmbH, 2020. P. 959-969.

7. Wong K. V., Hernandez A. A Review of Additive Manufacturing // ISRN Mech. Eng. Hindawi Limited, 2012. Vol. 2012. P. 1-10.

8. Dimas L.S. et al. Tough composites inspired by mineralized natural materials: Computation, 3D printing, and testing // Adv. Funct. Mater. 2013. Vol. 23, № 36. P. 4629-4638.

9. Waheed S. et al. 3D printed microfluidic devices: Enablers and barriers // Lab Chip. Royal Society of Chemistry, 2016. Vol. 16, № 11. P. 1993-2013.

10. Bhattacharjee N. et al. The upcoming 3D-printing revolution in microfluidics // Lab Chip. Royal Society of Chemistry, 2016. Vol. 16, № 10. P. 1720-1742.

11. Horn T.J., Harrysson O.L.A. Overview of current additive manufacturing

technologies and selected applications // Sci. Prog. SAGE Publications Inc., 2012. Vol. 95, № 3. P. 255-282.

12. Wohlers 2017 Report on 3D Printing Industry Points to Softened Growth - Digital Engineering 24/7 [Electronic resource]. URL: https://www.digitalengineering247.com/article/wohlers-2017-report-on-3d-printing-industry-points-to-softened-growth/ (accessed: 10.02.2022).

13. Coherent Market Insights: Market Research and B2B Consulting [Electronic resource]. URL: https://www.coherentmarketinsights.com/ (accessed: 31.08.2023).

14. Wohlers T.T., Caffrey T. Wohlers report 2015: 3D printing and additive manufacturing state of the industry annual worldwide progress report. Wohlers Associates, 2015. P. 314.

15. Senvol | Data to help companies implement additive manufacturing [Electronic resource]. URL: http://senvol.com/ (accessed: 31.08.2023).

16. Технология 3D-ne4ara SLA (лазерная стереолитография) - Центр 3D технологий - CYBERCAD ltd [Electronic resource]. URL: https://cybercad.ru/info/articles/tekhnologiya-3d-pechati-sla-lazernaya-stereolitografiya/ (accessed: 28.08.2023).

17. Kostoryz E.L. et al. In vitro cytotoxicity of solid epoxy-based dental resins and their components // Dent. Mater. Elsevier, 1999. Vol. 15, № 5. P. 363-373.

18. Schroeder W.F., Vallo C.I. Effect of different photoinitiator systems on conversion profiles of a model unfilled light-cured resin // Dent. Mater. Elsevier, 2007. Vol. 23, № 10. P. 1313-1321.

19. Infuehr R. et al. Functional polymers by two-photon 3D lithography // Appl. Surf. Sci. North-Holland, 2007. Vol. 254, № 4. P. 836-840.

20. Kumar S. Selective Laser Sintering: A Qualitative and Objective Approach // JOM. Minerals, Metals and Materials Society, 2003. Vol. 55, № 10. P. 43-47.

21. Tolochko N.K. et al. Absorptance of powder materials suitable for laser sintering // Rapid Prototyp. J. Emerald Group Publishing Ltd., 2000. Vol. 6, № 3. P. 155-160.

22. Все, что вам нужно знать про SLS печать | Топ Станок [Electronic resource]. URL: https: //topstanok.ru/articles/vse_chto_vam_nuzhno_znat_pro_sl s_pechat/

(accessed: 28.08.2023).

23. Wendel B. et al. Additive Processing of Polymers // Macromol. Mater. Eng. John Wiley & Sons, Ltd, 2008. Vol. 293, № 10. P. 799-809.

24. Ngo T.D. et al. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges // Compos. Part B Eng. Elsevier, 2018. Vol. 143. P. 172-196.

25. Mohamed O.A., Masood S.H., Bhowmik J.L. Optimization of fused deposition modeling process parameters: a review of current research and future prospects // Adv. Manuf. Shanghai University, 2015. Vol. 3, № 1. P. 42-53.

26. Sood A.K., Ohdar R.K., Mahapatra S.S. Parametric appraisal of mechanical property of fused deposition modelling processed parts // Mater. Des. Elsevier, 2010. Vol. 31, № 1. P. 287-295.

27. Chohan J.S. et al. Dimensional accuracy analysis of coupled fused deposition modeling and vapour smoothing operations for biomedical applications // Compos. Part B Eng. Elsevier, 2017. Vol. 117. P. 138-149.

28. Какой фактический размер изделия после 3d-ne4ara? - studia3d.com [Electronic resource]. URL: https://pvtest.ru/3d_printing/razresenie-3d-printera-vysota-sloa-3d-pecati.html (accessed: 28.08.2023).

29. Castles F. et al. Microwave dielectric characterisation of 3D-printed BaTiO3/ABS polymer composites // Sci. Reports 2016 61. Nature Publishing Group, 2016. Vol.

6, № 1. P. 1-8.

30. Flowers P.F. et al. 3D printing electronic components and circuits with conductive thermoplastic filament // Addit. Manuf. Elsevier, 2017. Vol. 18. P. 156-163.

31. Leigh S.J. et al. A Simple, Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing of Electronic Sensors // PLoS One. Public Library of Science, 2012. Vol.

7, № 11. P. e49365.

32. Layer by Layer | MIT Technology Review [Electronic resource]. URL: https://www.technologyreview.com/2011/12/19/20869/layer-by-layer/ (accessed: 28.08.2023).

33. An Epiphany Of Disruption: GE Additive Chief Explains How 3D Printing Will

Upend Manufacturing | GE News [Electronic resource]. URL: https://www.ge.com/news/reports/epiphany-dismption-ge-additive-chief-explains-3d-printing-will-upend-manufacturing (accessed: 28.08.2023).

34. Jyothish Kumar L., Krishnadas Nair C.G. Current trends of additive manufacturing in the aerospace industry // Adv. 3D Print. Addit. Manuf. Technol. Springer Singapore, 2016. P. 39-54.

35. 3D opportunity in aerospace and defense: Additive manufacturing takes flight | Deloitte Insights [Electronic resource]. URL: https://www2.deloitte.com/us/en/insights/focus/3d-opportunity/additive-manufacturing-3d-opportunity-in-aerospace.html (accessed: 28.08.2023).

36. Khajavi S.H., Partanen J., Holmstrom J. Additive manufacturing in the spare parts supply chain // Comput. Ind. Elsevier, 2014. Vol. 65, № 1. P. 50-63.

37. Capabilities & services. 2022. № March. P. 2023.

38. Gardiner J. Exploring the emerging design territory of construction 3D printing -project led architectural research. 2011.

39. Khoshnevis B. Automated construction by contour crafting—related robotics and information technologies // Autom. Constr. Elsevier, 2004. Vol. 13, № 1. P. 5-19.

40. Xia M., Sanjayan J. Method of formulating geopolymer for 3D printing for construction applications // Mater. Des. Elsevier, 2016. Vol. 110. P. 382-390.

41. 3ders.org - Apis Cor circular mobile 3D printer can 3D print houses and construction entirely on-site | 3D Printer News & 3D Printing News [Electronic resource]. URL: https://www.3ders.org/articles/20151009-apis-cor-circular-mobile-3d-printer-can-3d-print-houses-and-construction-on-site.html (accessed: 28.08.2023).

42. Labonnote N. et al. Additive construction: State-of-the-art, challenges and opportunities // Autom. Constr. Elsevier, 2016. Vol. 72. P. 347-366.

43. Le T.T. et al. Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete // Mater. Struct. Constr. Springer, 2012. Vol. 45, № 8. P. 1221-1232.

44. Bingham G.A., Hague R. Efficient three dimensional modelling of additive manufactured textiles // Rapid Prototyp. J. Emerald Group Publishing Limited,

2013. Vol. 19, № 4. P. 269-281.

45. Chatterjee K., Ghosh T.K. 3D Printing of Textiles: Potential Roadmap to Printing with Fibers // Adv. Mater. John Wiley & Sons, Ltd, 2020. Vol. 32, № 4. P. 1902086.

46. Korger M. et al. Possible Applications of 3D Printing Technology on Textile Substrates // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. IOP Publishing, 2016. Vol. 141, № 1. P. 012011.

47. Tambrallimath V. et al. 3D printing of textile-based structures by Fused Deposition Modelling (FDM) with different polymer materials // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. IOP Publishing, 2014. Vol. 62, № 1. P. 012018.

48. Pei E., Shen J., Watling J. Direct 3D printing of polymers onto textiles: Experimental studies and applications // Rapid Prototyp. J. Emerald Group Holdings Ltd., 2015. Vol. 21, № 5. P. 556-571.

49. Leist S.K. et al. Investigating the shape memory properties of 4D printed polylactic acid (PLA) and the concept of 4D printing onto nylon fabrics for the creation of smart textiles // https://doi.org/10.1080/17452759.2017.1341815. Taylor & Francis, 2017. Vol. 12, № 4. P. 290-300.

50. Winder J., Bibb R. Medical rapid prototyping technologies: State of the art and current limitations for application in oral and maxillofacial surgery // J. Oral Maxillofac. Surg. J Oral Maxillofac Surg, 2005. Vol. 63, № 7. P. 1006-1015.

51. Gibson I. Rapid prototyping: from product development to medicine and beyond // http://dx.doi.org/10.1080/17452750500271298. Taylor & Francis Group , 2007. Vol. 1, № 1. P. 31-42.

52. Healthcare Additive Manufacturing Market Size, Share 2022-2030 [Electronic resource]. URL: https://www.precedenceresearch.com/healthcare-additive-manufacturing-market (accessed: 28.08.2023).

53. Galantucci L.M. et al. Reverse engineering techniques applied to a human skull, for CAD 3D reconstruction and physical replication by rapid prototyping // J. Med. Eng. Technol. J Med Eng Technol, 2006. Vol. 30, № 2. P. 102-111.

54. Petzold R., Zeilhofer H.F., Kalender W.A. Rapid prototyping technology in medicine—basics and applications // Comput. Med. Imaging Graph. Pergamon,

1999. Vol. 23, № 5. P. 277-284.

55. Webb P.A. A review of rapid prototyping (RP) techniques in the medical and biomedical sector // J. Med. Eng. Technol. J Med Eng Technol, 2000. Vol. 24, № 4. P. 149-153.

56. Sanghera B. et al. Preliminary study of rapid prototype medical models // Rapid Prototyp. J. MCB UP Ltd, 2001. Vol. 7, № 5. P. 275-284.

57. Lohfeld S., Barron V., McHugh P.E. Biomodels of bone: a review // Ann. Biomed. Eng. Ann Biomed Eng, 2005. Vol. 33, № 10. P. 1295-1311.

58. Bill J.S. et al. Stereolithography in oral and maxillofacial operation planning // Int. J. Oral Maxillofac. Surg. Int J Oral Maxillofac Surg, 1995. Vol. 24, № 1 Pt 2. P. 98-103.

59. Müller A. et al. The application of rapid prototyping techniques in cranial reconstruction and preoperative planning in neurosurgery // J. Craniofac. Surg. J Craniofac Surg, 2003. Vol. 14, № 6. P. 98.

60. Zhang W. et al. 3D treatment planning and simulating for craniofacial skeleton // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2004 269. Springer, 2004. Vol. 26, № 9. P. 1043-1047.

61. Liu Q., Leu M.C., Schmitt S.M. Rapid prototyping in dentistry: Technology and application // Int. J. Adv. Manuf. Technol. Springer, 2006. Vol. 29, № 3-4. P. 317335.

62. Chang C.C., Lee M.Y., Wang S.H. Digital denture manufacturing-An integrated technologies of abrasive computer tomography, CNC machining and rapid prototyping // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2006. Vol. 31, № 1-2. P. 41-49.

63. Kruth J.P. et al. Digital manufacturing of biocompatible metal frameworks for complex dental prostheses by means of SLS/SLM // Virtual Model. Rapid Manuf. - Adv. Res. Virtual Rapid Prototyp. 2005. P. 139-145.

64. Bibb R., Eggbeer D., Williams R. Rapid manufacture of removable partial denture frameworks // Rapid Prototyp. J. Emerald Group Publishing Limited, 2006. Vol. 12, № 2. P. 95-99.

65. Vandenbroucke B., Kruth J.P. Selective laser melting of biocompatible metals for rapid manufacturing of medical parts // Rapid Prototyp. J. Emerald Group

Publishing Limited, 2007. Vol. 13, № 4. P. 196-203.

66. Hollander D.A. et al. Structural, mechanical and in vitro characterization of individually structured Ti-6Al-4V produced by direct laser forming // Biomaterials. Biomaterials, 2006. Vol. 27, № 7. P. 955-963.

67. Hunt J.A. et al. The design and production of Co-Cr alloy implants with controlled surface topography by CAD-CAM method and their effects on osseointegration // Biomaterials. Biomaterials, 2005. Vol. 26, № 29. P. 5890-5897.

68. Hutmacher D.W., Sittinger M., Risbud M. V. Scaffold-based tissue engineering: rationale for computer-aided design and solid free-form fabrication systems // Trends Biotechnol. Elsevier Current Trends, 2004. Vol. 22, № 7. P. 354-362.

69. Kim B.S., Mooney D.J. Development of biocompatible synthetic extracellular matrices for tissue engineering // Trends Biotechnol. Trends Biotechnol, 1998. Vol. 16, № 5. P. 224-230.

70. Chen Z. et al. Fabrication of artificial bioactive bone using rapid prototyping // Rapid Prototyp. J. 2004. Vol. 10, № 5. P. 327-333.

71. Woesz A. et al. Towards bone replacement materials from calcium phosphates via rapid prototyping and ceramic gelcasting // Mater. Sci. Eng. C. Elsevier, 2005. Vol. 25, № 2. P. 181-186.

72. Xu S. et al. Fabrication of a calcium phosphate scaffold with a three dimensional channel network and its application to perfusion culture of stem cells // Rapid Prototyp. J. Emerald Group Publishing Limited, 2007. Vol. 13, № 2. P. 99-106.

73. Sachlos E. et al. Novel collagen scaffolds with predefined internal morphology made by solid freeform fabrication // Biomaterials. Biomaterials, 2003. Vol. 24, № 8. P. 1487-1497.

74. Yeong W.Y. et al. Indirect fabrication of collagen scaffold based on inkjet printing technique // Rapid Prototyp. J. Emerald Group Publishing Limited, 2006. Vol. 12, № 4. P. 229-237.

75. Taylor P.M. et al. Interaction of human valve interstitial cells with collagen matrices manufactured using rapid prototyping // Biomaterials. Biomaterials, 2006. Vol. 27, № 13. P. 2733-2737.

76. Leukers B. et al. Hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering made by 3D printing // J. Mater. Sci. Mater. Med. J Mater Sci Mater Med, 2005. Vol. 16, № 12. P. 1121-1124.

77. Chim H. et al. A comparative analysis of scaffold material modifications for load-bearing applications in bone tissue engineering // Int. J. Oral Maxillofac. Surg. Int J Oral Maxillofac Surg, 2006. Vol. 35, № 10. P. 928-934.

78. Dellinger J.G., Eurell J.A.C., Jamison R.D. Bone response to 3D periodic hydroxyapatite scaffolds with and without tailored microporosity to deliver bone morphogenetic protein 2 // J. Biomed. Mater. Res. A. J Biomed Mater Res A, 2006. Vol. 76, № 2. P. 366-376.

79. Miranda P. et al. Sintering and robocasting of beta-tricalcium phosphate scaffolds for orthopaedic applications // Acta Biomater. Acta Biomater, 2006. Vol. 2, № 4. P. 457-466.

80. Williams J.M. et al. Bone tissue engineering using polycaprolactone scaffolds fabricated via selective laser sintering // Biomaterials. Biomaterials, 2005. Vol. 26, № 23. P. 4817-4827.

81. Tan K.H. et al. Scaffold development using selective laser sintering of polyetheretherketone-hydroxyapatite biocomposite blends // Biomaterials. Elsevier BV, 2003. Vol. 24, № 18. P. 3115-3123.

82. Razzacki S.Z. et al. Integrated microsystems for controlled drug delivery // Adv. Drug Deliv. Rev. Elsevier, 2004. Vol. 56, № 2. P. 185-198.

83. 3D Printing Materials Market Size USD 10.87 Billion By 2032 [Electronic resource]. URL: https://www.precedenceresearch.com/3d-printing-materials-market (accessed: 31.08.2023).

84. Eckel Z.C. et al. Additive manufacturing of polymer-derived ceramics // Science (80-. ). American Association for the Advancement of Science, 2016. Vol. 351, № 6268. P. 58-62.

85. Jasiuk I. et al. An Overview on Additive Manufacturing of Polymers // JOM. Minerals, Metals and Materials Society, 2018. Vol. 70, № 3. P. 275-283.

86. Wang P. et al. Preparation of short CF/GF reinforced PEEK composite filaments

and their comprehensive properties evaluation for FDM-3D printing // Compos. Part B Eng. Elsevier, 2020. Vol. 198. P. 108175.

87. Pandelidi C. et al. Parametric study on tensile and flexural properties of ULTEM 1010 specimens fabricated via FDM // Rapid Prototyp. J. Emerald Group Holdings Ltd., 2021. Vol. 27, № 2. P. 429-451.

88. Magri A. El et al. Printing temperature effects on the structural and mechanical performances of 3D printed Poly-(phenylene sulfide) material // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. IOP Publishing, 2020. Vol. 783, № 1. P. 012001.

89. El Magri A. et al. Effect of printing parameters on tensile, thermal and structural properties of 3D-printed poly (ether ketone ketone) PEKK material using fused deposition modeling // J. Appl. Polym. Sci. John Wiley & Sons, Ltd, 2023. Vol. 140, № 29. P. e54078.

90. Pegoretti A., Dorigato A. Polymer Composites: Reinforcing Fillers // Encycl. Polym. Sci. Technol. John Wiley & Sons, Ltd, 2019. P. 1-72.

91. Pratama J. et al. A Review on Reinforcement Methods for Polymeric Materials Processed Using Fused Filament Fabrication (FFF) // Polymers (Basel). Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), 2021. Vol. 13, № 22.

92. Stansbury J.W., Idacavage M.J. 3D printing with polymers: Challenges among expanding options and opportunities // Dent. Mater. Elsevier, 2016. Vol. 32, № 1. P. 54-64.

93. Christ S. et al. Fiber reinforcement during 3D printing // Mater. Lett. North-Holland, 2015. Vol. 139. P. 165-168.

94. Harikrishnan U., Soundarapandian S. Fused Deposition Modelling based Printing of Full Complement Bearings // Procedia Manuf. Elsevier, 2018. Vol. 26. P. 818825.

95. Mai Y.W., Yu Z.Z. Polymer nanocomposites // Polymer Nanocomposites. Elsevier Ltd, 2006. 1-594 p.

96. Wang X. Processing and Characterization of Multifunctional Thermoplastic Nanocomposite Films // Electron. Theses Diss. 2014.

97. Hegde M. et al. SWCNT induced crystallization in amorphous and semi-crystalline

poly(etherimide)s: Morphology and thermo-mechanical properties // Polymer (Guildf). Elsevier, 2014. Vol. 55, № 16. P. 3746-3757.

98. Bilkar D., Keshavamurthy R., Tambrallimath V. Influence of carbon nanofiber reinforcement on mechanical properties of polymer composites developed by FDM // Mater. Today Proc. Elsevier, 2021. Vol. 46. P. 4559-4562.

99. Shofner M.L. et al. Nanofiber-reinforced polymers prepared by fused deposition modeling // J. Appl. Polym. Sci. John Wiley & Sons, Ltd, 2003. Vol. 89, № 11. P. 3081-3090.

100. Sezer H.K., Eren O. FDM 3D printing of MWCNT re-inforced ABS nano-composite parts with enhanced mechanical and electrical properties // J. Manuf. Process. Elsevier, 2019. Vol. 37. P. 339-347.

101. Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Полимерные Композиционные Материалы. 2013. P. 1-117.

102. Cerneels J. et al. ADDITIVE MANUFACTURING OF THERMOPLASTIC COMPOSITES // undefined. 2013.

103. Seymour R.B. The Role of Fillers and Reinforcements in Plastics Technology // http://dx.doi.org/10.1080/03602557608063110. Taylor & Francis Group , 2006. Vol. 7, № 1. P. 49-79.

104. Vivo Luca D. Citation: Luca DV (2017) Design and Manufacture of Optimized Continuous Composite Fiber Filament Using Additive Manufacturing Systems // J Mater. Sci Eng. 2017. Vol. 6, № 4. P. 363.

105. Han X. et al. Carbon Fiber Reinforced PEEK Composites Based on 3D-Printing Technology for Orthopedic and Dental Applications // J. Clin. Med. J Clin Med, 2019. Vol. 8, № 2.

106. Ning F. et al. Additive manufacturing of carbon fiber reinforced thermoplastic composites using fused deposition modeling // Compos. Part B Eng. Elsevier, 2015. Vol. 80. P. 369-378.

107. Yasa E., Ersoy K. A review nn the Additive Manufacturing of fiber reinforced polymer // 29th Annu. Int. Solid Free. Fabr. Symp. 2018. P. 1024-1033.

108. World's First Jet-Powered, 3D Printed UAV Tops 150 MPH - Stratasys [Electronic

resource]. URL: https://www.stratasys.com/en/resources/blog/aurora-uav-3d-printing/ (accessed: 07.09.2022).

109. Dua R. et al. Applications of 3D-Printed PEEK via Fused Filament Fabrication: A Systematic Review // Polym. 2021, Vol. 13, Page 4046. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2021. Vol. 13, № 22. P. 4046.

110. Nune K.C. et al. Osteoblast cellular activity on low elastic modulus Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy // Dent. Mater. Elsevier, 2017. Vol. 33, № 2. P. 152-165.

111. Deng Y. et al. Nano-hydroxyapatite reinforced polyphenylene sulfide biocomposite with superior cytocompatibility and in vivo osteogenesis as a novel orthopedic implant // RSC Adv. Royal Society of Chemistry, 2017. Vol. 7, № 1. P. 559-573.

112. Navarro M. et al. Biomaterials in orthopaedics // J. R. Soc. Interface. The Royal SocietyLondon, 2008. Vol. 5, № 27. P. 1137-1158.

113. Maman P., Nagpal M., Aggarwal G. Resorbable polymer fiber reinforced composites in biomedical application // Mater. Biomed. Eng. Nanobiomaterials Tissue Eng. Elsevier, 2019. P. 121-166.

114. Hermawan H. et al. Metals for Biomedical Applications // Biomed. Eng. - From Theory to Appl. IntechOpen, 2011.

115. Jiang S. et al. Mechanical properties analysis of polyetherimide parts fabricated by fused deposition modeling // High Perform. Polym. SAGE Publications Ltd, 2019. Vol. 31, № 1. P. 97-106.

116. 450GTM PEEK | Victrex [Electronic resource]. URL: https://www.victrex.com/en/products/polymers/peek-polymers/450g (accessed: 01.09.2023).

117. SABIC - ULTEMtm Resin [Electronic resource]. URL: https://www.sabic.com/en/products/specialties/ultem-resin-family-of-high-heat-solutions/ultem-resin (accessed: 01.09.2023).

118. Javaid M., Haleem A. Current status and challenges of Additive manufacturing in orthopaedics: An overview // J. Clin. Orthop. Trauma. Elsevier, 2019. Vol. 10, № 2. P. 380.

119. Niu C.C. et al. Outcomes of interbody fusion cages used in 1 and 2-levels anterior

cervical discectomy and fusion: titanium cages versus polyetheretherketone (PEEK) cages // J. Spinal Disord. Tech. J Spinal Disord Tech, 2010. Vol. 23, № 5. P. 310-316.

120. Toth J.M. et al. Polyetheretherketone as a biomaterial for spinal applications // Biomaterials. Biomaterials, 2006. Vol. 27, № 3. P. 324-334.

121. Nakahara I. et al. In vivo implant fixation of carbon fiber-reinforced PEEK hip prostheses in an ovine model // J. Orthop. Res. J Orthop Res, 2013. Vol. 31, № 3. P. 485-492.

122. Nakahara I. et al. Novel Surface Modifications of Carbon Fiber-Reinforced Polyetheretherketone Hip Stem in an Ovine Model // Artif. Organs. John Wiley & Sons, Ltd, 2012. Vol. 36, № 1. P. 62-70.

123. Alonso-Rodriguez E. et al. Polyetheretherketone custom-made implants for craniofacial defects: Report of 14 cases and review of the literature // J. Cranio-Maxillofacial Surg. Churchill Livingstone, 2015. Vol. 43, № 7. P. 1232-1238.

124. Webster T.J. et al. Anti-infective and osteointegration properties of silicon nitride, poly(ether ether ketone), and titanium implants // Acta Biomater. Acta Biomater, 2012. Vol. 8, № 12. P. 4447-4454.

125. Han X. et al. Carbon Fiber Reinforced PEEK Composites Based on 3D-Printing Technology for Orthopedic and Dental Applications // J. Clin. Med. 2019, Vol. 8, Page 240. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 8, № 2. P. 240.

126. Liu D. et al. Application of 3D-printed PEEK scapula prosthesis in the treatment of scapular benign fibrous histiocytoma: A case report // J. Bone Oncol. Elsevier, 2018. Vol. 12. P. 78-82.

127. Qin W. et al. Mechanical properties and cytotoxicity of hierarchical carbon fiber-reinforced poly (ether-ether-ketone) composites used as implant materials // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. Elsevier, 2019. Vol. 89. P. 227-233.

128. Vaganov G. et al. Development of new polyimide powder for selective laser sintering // J. Mater. Res. 2019 3416. Springer, 2019. Vol. 34, № 16. P. 2895-2902.

129. Vaganov G. et al. Effect of Carbon Nanoparticles on the Structure and Properties of Melt-Extruded R-BAPB Polyimide Fibers // Fibers Polym. 2022 233. Springer,

2022. Vol. 23, № 3. P. 611-616.

130. Vaganov G. et al. Development of new polyimide powder for selective laser sintering // J. Mater. Res. Cambridge University Press, 2019. Vol. 34, № 16. P. 2895-2902.

131. Desarkar M. et al. Effect of particulate fillers on thermal expansions and other critical performances of polycarbonate-based compositions // J. Appl. Polym. Sci. John Wiley & Sons, Ltd, 2012. Vol. 124, № 1. P. 215-226.

132. Vaganov G. et al. Influence of Molecular Weight on Thermal and Mechanical Properties of Carbon-Fiber-Reinforced Plastics Based on Thermoplastic Partially Crystalline Polyimide // Polym. 2023, Vol. 15, Page 2922. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2023. Vol. 15, № 13. P. 2922.

133. Vaganov G. et al. High-performance crystallized composite carbon nanoparticles/polyimide fibers // J. Appl. Polym. Sci. John Wiley & Sons, Ltd, 2022. Vol. 139, № 32. P. e52748.

134. Vaganov G. et al. Influence of multiwalled carbon nanotubes on the processing behavior of epoxy powder compositions and on the mechanical properties of their fiber reinforced composites // Polym. Compos. John Wiley & Sons, Ltd, 2016. Vol. 37, № 8. P. 2377-2383.