Additive manufacturing of open-cell NiTi stents by selective laser melting.

Superelastic NiTi stents are broadly adopted for the treatment of peripheral artery disease; however, their failure rate due to the in stent restenosis phenomenon is still prominent. Nowadays, stents are manufactured by laser cutting starting from a straight tube precursor with fixed diameter and thickness, but the necessity to develop custom made devices to prevent the in stent restenosis is growing. Consequently, a new technology should be introduced in this field to meet this recent requirement. Additive manufacturing, in the declension of selective laser melting, thanks to the high geometrical freedom that it provides, allows the realization of stents with new shapes that can better fit inside the damaged artery of the patient, following the natural curvature and tapering of the vessel. However, with this innovative technology some limitations are introduced, such as the infeasibility of realizing open cell stents without the implementation of unconventional strategies. Furthermore, NiTi alloys are highly reactive and difficult to be manipulated by SLM, due to the high sensibility to temperature variations of the material and the extreme thermal gradients that characterize this technology, and the geometrical dimensions of the features of the stents are comparable to the spatial resolution of the process, making this a challenging project under many points of view. Two commercially available laser cut stents are experimentally evaluated under the point of view of their feasibility by SLM, judging the impact of the different geometrical features. An experimental campaign to find the optimal process parameters to obtain fully dense components with a novel NiTi powder is carried out. A novel stent design is produced, and two innovative strategies for the realization of open cell devices are developed and tested. This work demonstrates that it is possible to realize open cell stents with variable diameter by SLM, rolling out the opportunity to realize custom made NiTi stents for the peripheral arterial system.

Gli stent superelastici in NiTi sono largamente impiegati nel trattamento della malattia occlusiva delle arterie periferiche; ciò nonostante, la loro frequenza di fallimento a causa del fenomeno di restenosi da stent è ancora importante. Attualmente gli stent sono prodotti mediante taglio laser a partire da un precursore cilindrico, con spessore e diametro costanti, ma la necessità di sviluppare dispositivi customizzati per prevenire la restenosi da stent è crescente. Conseguentemente, è necessario introdurre in questo campo una nuova tecnologia che soddisfi questa richiesta. La produzione additiva, nella declinazione della fusione laser selettiva, grazie all’elevata libertà geometrica che offre, consente di realizzare stent con forme innovative che possano adattarsi meglio all’arteria danneggiata del paziente, seguendo la naturale curvatura e il restringimento del vaso. Ciò nonostante, questa nuova tecnologia introduce alcuni limiti, come l’impossibilità di realizzare stent a cella aperta senza l’implementazione di strategie non convenzionali. Inoltre, le leghe di NiTi sono molto reattive e difficili da manipolare con SLM, data l’alta sensibilità del materiale alle variazioni di temperatura e gli estremi gradienti termici che caratterizzano la tecnologia, e le dimensioni geometriche dei dettagli che compongono gli stent sono paragonabili alla risoluzione spaziale del processo, rendendo questo progetto impegnativo sotto diversi punti di vista. Due stent commerciali fabbricati tramite taglio laser sono stati valutati sperimentalmente dal punto di vista della fattibilità mediante fusione laser selettiva, giudicando l’impatto delle varie caratteristiche geometriche. È stata condotta una campagna sperimentale per trovare i parametri di processo ottimali per ottenere componenti ad alta densità con una nuova polvere di NiTi. È stato prodotto un design originale per uno stent, e due strategie innovative per la realizzazione di dispositivi a cella aperta sono state sviluppate e testate. Questo lavoro dimostra che è possibile realizzare stent a cella aperta con diametro variabile tramite SLM, inaugurando la possibilità di produrre stent customizzati in NiTi per il sistema arterioso periferico.