Progetto ATILA: la tecnologia di produzione additiva in metallo di Meltio per bioimpianti in titanio per anca e ginocchio

Il progetto di ricerca ATILA prosegue nel suo intento e i ricercatori spagnoli, riuniti in un consorzio scientifico multidisciplinare guidato da AIDIMME, con la partecipazione attiva della fondazione di ricerca dell’Ospedale Universitario Generale di Valencia (FIHGUV), del gruppo di ricerca Laser and Photonics Applications presso l’Università di Salamanca (ALF USAL), e dell’azienda Meltio, specializzata in soluzioni di additive manufacturing, hanno annunciato i primi di novembre un altro importante passo avanti tecnologico, facendo il punto sulla ricerca condotta durante gran parte del 2025.

Il centro di ricerca valenciano AIDIMME ha installato un prototipo di tecnologia di stampa 3D per creare, per la prima volta in Spagna, impianti biomedici realizzati con leghe di titanio utilizzando la singolare tecnologia di stampa 3D in metallo sviluppata dalla multinazionale spagnola Meltio. Obiettivo: realizzare attraverso l’additive manufacturing impianti biomedici conformi alle normative.

Durante questi mesi, i ricercatori si sono concentrati su tre casi potenziali molto importanti: il cotile acetabolare (impianto per anca), il vassoio tibiale (impianto per ginocchio utilizzato per sostituire la superficie superiore della tibia) e il componente femorale (impianto per ginocchio utilizzato per sostituire la parte distale inferiore del femore).

Sono attualmente in corso prove in vitro e in vivo per far progredire ulteriormente la ricerca e la possibile futura implementazione.

Di seguito i progressi verificati dal team scientifico e ottenuti nel Progetto di Ricerca ATILA nel corso di quest’anno:

• caratterizzazione microstrutturale e meccanica della lega Ti6Al4V grado 23 processata utilizzando la tecnologia DED-LB/M di MELTIO nel prototipo del progetto.
• Sono stati estratti campioni da un blocco solido per la caratterizzazione meccanica e microstrutturale.
• La microstruttura riscontrata è martensitica, risultato di un rapido raffreddamento da temperature superiori a β-transus.
• Nello stato “as built”, la microstruttura è composta dalla fase α'(martensite aciculare) incorporata nella fase β
• Si possono osservare colonne di crescita dei grani e strati di deposizione con ingrandimenti 50X e 1000X, con i grani aciculari visibili in dettaglio.

• Per il progetto è stato molto importante verificare che i parametri di processo utilizzati non producessero la fase alpha case sulla superficie dei campioni, che è una fase di indebolimento che riduce la resistenza alla fatica e non è consentita dalla normativa per le applicazioni di impianti biomedici.
• In termini di caratterizzazione meccanica, i campioni di prova sono stati tagliati a filo, lavorati meccanicamente e testati utilizzando prove di trazione in conformità con ASTM E8/E8M, dimostrando che la lega Ti6Al4V grado 23 lavorata nel progetto soddisfa i requisiti di massima resistenza, modulo di elasticità e % di allungamento richiesti dalle normative di fabbricazione degli impianti, tra cui: ASTM F3001-14, ASTM F136-2021 e UNE EN ISO 5832-3:2022.
• Inoltre, è stato determinato che non è necessario alcun ulteriore trattamento termico.

Gli studi di biocompatibilità per il Progetto ATILA sono condotti dalla Fondazione per la Ricerca FIGHUV, in particolare dal BTELab;

A tal fine, è stato chiesto ad AIDIMME di produrre campioni per i test sia in vitro che in vivo, ottenuti in Ti6Al4V grado 23, nel prototipo ATILA, mediante taglio a filo e lavorazione meccanica da un blocco solido.

L’aspetto innovativo del progetto risiede nell’utilizzo, per la prima volta, del filo di saldatura (un processo meno inquinante che genera una quantità di materiale notevolmente inferiore di scarto) rispetto ad altre tecnologie di produzione additiva come la polvere metallica.

Il titanio Ti6Al4V ELI è utilizzato negli impianti per la sua buona compatibilità con l’osso, ma il suo successo dipende dal raggiungimento di un’adeguata osteointegrazione, che è influenzata dal design, dal materiale e dalla superficie dell’impianto.

Le superfici si sono evolute, passando dall’essere lavorate meccanicamente e inerti all’incorporare trattamenti come sabbiatura, incisione acida, rivestimenti ceramici, anodizzazione e nanotubi, al fine di migliorare la bioattività, promuovere la risposta cellulare e aumentare la durabilità dell’impianto.

“Le superfici in titanio lavorate meccanicamente non promuovono l’osteointegrazione e possono causare l’allentamento dell’impianto. Pertanto, devono essere modificate per migliorarne la geometria, la rugosità e le proprietà chimiche al fine di accelerare l’osteointegrazione attraverso un migliore adsorbimento proteico e la crescita cellulare. La composizione, la rugosità e l’idrofobicità della superficie sono fattori essenziali in questo processo,” afferma Jenny Zambrano, portavoce del Progetto di Ricerca ATILA e ricercatrice presso AIDIMME a Valencia.