Рассмотрена оптимизация технологии гелевой 3D-печати биосовместимых керамических имплантатов на основе композиции агар-агар–желатин–брушит за счет применения функции Linear Advance – алгоритма коррекции давления в экструдере при изменении скорости печати. Биочернила готовили гомогенным смешиванием 2 масс. % агар-агара, 10 масс. % желатина и 30 масс. % синтезированного брушита; печать выполняли на модифицированном гелевом 3D-принтере с прошивкой Marlin 2.0, в которой реализован адаптивный алгоритм Linear Advance. Образцы печатали с K-фактором в диапазоне 0…1,0 при базовой скорости 14 мм/с и температуре экструдера 30 °C; качество оценивали методами оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской компьютерной томографии и компрессионных испытаний. Установлено, что при K = 0 на угловых участках возникают подтеки вследствие инерционности экструзии вязкого гидрогеля, а при K > 0,5…0,6 – переэкструзия из-за избыточной компенсации давления. Оптимальный диапазон K-фактора составил 0,3…0,4: достигается полное устранение дефектов, равномерная толщина стенок и геометрическая точность модели при сохранении микроархитектуры и фазового состава биоматериала. Предел прочности на сжатие образцов с 20 масс. % брушита достиг 9,92 МПа, что более чем в 2 раза превышает значение для матрицы без наполнителя.
Егор Максимович Генералов – инженер-исследователь, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Александр Юрьевич Федотов – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Алексей Александрович Егоров – кандидат технических наук, научный сотрудник, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
Владимир Сергеевич Комлев – доктор технических наук, член-корреспондент РАН, профессор РАН, директор, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия
1. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3 – 33.
2. Habraken W., Habibovic P., Epple M., et al. Calcium phosphates in biomedical applications: materials for the future // Materials Today. 2016. V. 19, No. 2. P. 69 – 87.
3. Ларионов Д. С., Кузина М. А., Евдокимов П. В. и др. Синтез кальцийфосфатных порошков в неводных средах для стереолитографической 3D-печати // Журнал неорганической химии. 2020. Т. 65, № 3. С. 309 – 319.
4. Tappa K., Jammalamadaka U. Novel biomaterials used in medical 3D printing techniques // Journal of Functional Biomaterials. 2018. No. 9. DOI: 10.3390/jfb9010017
5. Сафронова Т. В., Путляев В. И. Медицинское неорганическое материаловедение в России: кальцийфосфатные материалы // Наносистемы: физика, химия, математика. 2013. Т. 4, № 1. С. 24 – 47.
6. Roehm K. D. Madihally S. V. Bioprinted chitosan-gelatin thermosensitive hydrogels using an inexpensive 3D printer // Biofabrication. 2016. V. 8, No. 1. Р. 015002. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/aa96dd
7. Moon S. H., Choi H. N., Yang Y. J. Natural/synthetic polymer materials for bioink development // Biotechnology and Bioprocess Engineering. 2022. V. 27, No. 4. С. 482 – 493.
8. LeGeros R. Z., Lin S., Rohanizadeh R., et al. Biphasic calcium phosphate bioceramics: preparation, properties and applications // J. Mater. Sci.-Mater. Med. 2003. V. 14, No. 3. P. 201 – 209. URL: https://link.springer.com/article/10.1023/A:1022872421333
9. Baron R. Molecular mechanisms of bone resorption by the osteoclast // The Anatomical Record. 1989. V. 224, No. 2. P. 317 – 324. DOI: 10.1002/ar.1092240220
10. Linear Advance. Marlin Firmware Documentation. Available at: https://marlinfw.org/docs/features/lin_advance.html (дата обращения: 12.03.2026).
11. Schwab A., Levato R., D’Este M., et al. Printability and shape fidelity of bioinks in 3D bioprinting // Chemical Reviews. 2020. V. 120, No. 19. P. 11028 – 11055. DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00084
12. Malda J., Visser J., Melchels F. P., et al. 25th anniversary article: engineering hydrogels for biofabrication // Advanced Materials. 2013. V. 25, No. 36. P. 5011 – 5028. DOI: 10.1002/adma.201302042
13. Bigi A., Panzavolta S., Rubini K. Relationship between triple-helix content and mechanical properties of gelatin films // Biomaterials. 2004. V. 25, No. 25. P. 5675 – 5680. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2004.01.033
14. Mosleh Y., de Zeeuw W., Nijemesland M., et al. The structure–property correlations in dry gelatin adhesive films // Advanced Engineering Materials. 2021. V. 23, No. 1. Art. 2000716. DOI: 10.1002/adem.202000716
15. Sauret A., Ray T. R., Compton B. G. Fluid mechanics challenges in direct-ink-writing additive manufacturing // Annual Review of Fluid Mechanics. 2026. V. 58. P. 413 – 442. DOI: 10.1146/annurev-fluid-100224-111013
16. Dee P., Tan S., Le Ferrand H. Fabrication of microstructured calcium phosphate ceramics scaffolds by material extrusion-based 3D printing approach // International Journal of Bioprinting. 2022. V. 8, No. 2. Art. 551. DOI: 10.18063/ijb.v8i2.551
17. You J.-L., Chin K.-Y., Lai Y.-T., et al. Feasibility of an eco-friendly high-solids waterborne polyurethane ink for DIW 3D printing // Reactive and Functional Polymers. 2026. Art. 106584. DOI: 10.1016/j.reactfunctpolym.2025.106584
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700 руб
DOI: 10.14489/glc.2026.10.pp.027-036
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
