3D printing of a new NiTi based shape memory alloy for advanced implants : processability, functional behaviour and biological testing

Metals and alloys, including stainless steel, titanium and its alloys, cobalt alloys, other metals and alloys have been widely used clinically as implant materials, but implant-related infection or inflammation is still one of the main causes of implantation failure. The present thesis work concerns the production of NiTi alloy and NiTi+Zn alloys through Selective Laser Melting (SLM), comparing the antibacterial properties for the application of medical implants. Process parameters (laser power, exposure time and point distance) have been systematically varied and the parts thus produced have been analyzed in terms of relative density in order to identify the optimal set of process parameters. The optimized set of parameters yielded parts with a relative density of more than 99%, which have been characterized through compositional and microstructural analysis. The response of the alloys after addition of antibacterial elements have been studied and comparison is done to analyze the effect and of alloying elements. Finally, compression tests have been performed on specimens produced with the optimized set of parameters and subjected to the heat treatments, in order to investigate the mechanical properties.

I metalli e le leghe, tra cui l'acciaio inossidabile, il titanio e le sue leghe, le leghe di cobalto, altri metalli e leghe sono stati ampiamente utilizzati clinicamente come materiali da impianto, ma l'infezione o l'infiammazione legata all'impianto è ancora una delle cause principali del fallimento dell'impianto. Il presente lavoro di tesi riguarda la produzione di leghe NiTi e NiTi+Zn tramite Selective Laser Melting (SLM), confrontando le proprietà antibatteriche per l'applicazione di impianti medici. I parametri del processo (potenza del laser, tempo di esposizione e distanza del punto) sono stati sistematicamente variati e le parti così prodotte sono state analizzate in termini di densità relativa al fine di identificare il set ottimale di parametri del processo.Il set di parametri ottimizzato ha prodotto parti con una densità relativa superiore al 99%, che sono state caratterizzate attraverso l'analisi composizionale e microstrutturale. La risposta delle leghe dopo l'aggiunta di elementi antibatterici sono stati studiati e un confronto è stato fatto per analizzare l'effetto e di elementi leganti. Infine, sono state eseguite prove di compressione su campioni prodotti con il set di parametri ottimizzati e sottoposti a trattamenti termici, al fine di indagare le proprietà meccaniche.