BR112020019365A2

BR112020019365A2 - Pó de metal para impressão em 3d

Info

Publication number: BR112020019365A2
Application number: BR112020019365-8A
Authority: BR
Inventors: Markus Weinmann; Holger Brumm; Christoph Schnitter; Melanie Stenzel
Original assignee: Taniobis Gmbh
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-12-29
Also published as: IL277960A; AU2019252333B2; JP7424994B2; CN111918737A; US20220023941A1; JP2023175759A; US20240123495A1; KR20200141043A; AU2019252333A1; US20240123496A1; EP3774121A1; CA3093878A1; JP2021521333A; US11865612B2; WO2019197376A1

Abstract

a presente invenção refere-se a pós de metal que são apropriados para ser usados nos processos de impressão em 3d, bem como um processo para a produção dos ditos pós.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PÓ DE METAL PARA IMPRESSÃO EM 3D".

[0001] A presente invenção refere-se a pós de metal que são apropriados para ser usados nos processos impressão em 3D, bem como a um processo para a produção dos ditos pós.

[0002] A impressão em 3D refere-se aos processos em que o material é reunido ou solidificado sob o controle de computador para criar um objeto tridimensional, em que o material que é ajuntado (como moléculas líquidas ou grãos de pó que são fundidos uns aos outros). A impressão em 3D é usada na prototipografia rápida e na manufatura de aditivos (AM). Os objetos podem ser de quase qualquer formato ou geometria e são produzidos tipicamente ao usar dados de modelos digitais de um modelo 3D ou de uma outra origem de dados eletrônicos, tal como um Arquivo de Manufatura de Aditivos (AMF) (normalmente em camadas sequenciais). Há muitas tecnologias diferentes, tais como a estereolitografia (STL) ou a modelagem com depósito fundido (FDM). Desse modo, ao contrário do material removido de um material de partida no processo de usinagem convencional, isto é, a manufatura subtrativa, a impressão em 3D ou a AM constrói um objeto tridimensional a partir do modelo do projeto auxiliado por computador (CAD) ou arquivo de AMF, normalmente mediante a adição sucessiva do material camada por camada.

[0003] No cenário atual, impressão em 3D ou a AM tem sido usada nos setores de manufatura, médico, indústria e sociocultural que facilitam a impressão em 3D ou a AM para se transformar em uma tecnologia comercial bem sucedida.

[0004] Um campo de aplicação para os dispositivos gerados através de impressão em 3D é o setor médico onde não somente a manufatura precisa de instrumentos cirúrgicos, mas também dispositivos médicos feitos sob medida são de elevada demanda. O planejamento virtual da cirurgia e da orientação ao usar instrumentos personalizados impressos em 3D tem sido aplicado a muitas áreas de cirurgia incluindo a substituição de junta total e a reconstrução craniomaxilofacial com grande sucesso. Um exemplo disto é a tala traquial biorresorvível para tratar recém nascidos com traqueobroncomalacia desenvolvida na Universidade de Michigan. As indústrias de aparelhos auditivos e dentais são previstas como a maior área de desenvolvimento futuro ao usar a tecnologia de impressão em 3D sob medida.

[0005] Os implantes adaptados a pacientes eram uma extensão natural deste trabalho, conduzindo a implantes verdadeiramente personalizados que se adequam a um único indivíduo. O uso da manufatura de aditivos para a produção em série de implantes ortopédicos (metais) também está aumentando devido à capacidade de criar eficientemente estruturas de superfície porosas que facilitam a ósseo-integração.

[0006] No entanto, apesar do desenvolvimento contínuo no campo, ainda há questões que precisam ser solucionadas, em particular no que diz respeito à produção de implantes adaptados a pacientes.

[0007] Os materiais de implantes ortopédicos são expostos a elevadas cargas mecânicas. Embora os materiais convencionais baseados em aço inoxidável ou ligas de cobalto-cromo exibam uma resistência mecânica adequada, o seu uso acarreta questões toxicológicas devido à liberação de elementos tóxicos ou alergênicos, o que resulta em reações inflamatórias no tecido adjacente. Os metais e as ligas de metais à base de titânio, tântalo e nióbio exibem uma maior biocompatibilidade com propriedades mecânicas apropriadas para evitar a revestimento de tensão e a perda de implante consecutiva. No entanto, a maioria dos pós de metal disponíveis padecem do inconveniente que até o presente momento o seu uso como materiais nos processos de impressão em 3D não resultou em produtos com a qualidade prevista.

[0008] A Patente U.S. 2016/0074942 divulga um método para a produção de pós de metal substancialmente esféricos. O método inclui a provisão de um metal original particulado que inclui um particulado primário e tem um tamanho médio de partícula inicial; a misturação do metal original particulado com um aglutinante e um solvente opcional para formar uma pasta; granulação da pasta como grânulos de formato substancialmente esférico, em que cada grânulo compreende uma aglomeração de metal original particulado; a desaglomeração dos grânulos a uma temperatura de desaglomeração para reduzir o teor de aglutinante dos grânulos para formar os grânulos desaglomerados; a sinterização pelo menos parcial dos grânulos desaglomerados a uma temperatura de sinterização tal que as partícula dentro de cada grânulo se fundem umas às outras para formar grânulos parcial ou totalmente sinterizados; e a recuperação dos grânulos sinterizados para formar o pó de metal substancialmente esférico.

[0009] A Patente WO 2017/048199 refere-se a uma liga de titânio- tântalo que tem um teor de titânio que varia de 10% em peso a 70% em peso e em que a liga tem uma estrutura cúbica centrada no corpo. Além disso, um método de formação de uma liga de titânio-tântalo é descrito, em que o método compreende as etapas de: (a) fatiamento de um modelo de CAD em 3D de uma peça a ser formada como uma pluralidade camadas de imagem em 2D; (b) preparação de uma mistura em pó homogênea de pó de titânio e pó de tântalo; (c) aplicação de uma camada da mistura de pó a um leito de processamento; (d) a execução da fusão do leito de pó da camada da mistura de pó de acordo com uma das camadas de imagem em 2D em um: um ambiente de vácuo e um ambiente de gás inerte; e execução das etapas (c) e (d) para cada camada da pluralidade de camadas de imagem em 2D em sucessão.

[0010] No entanto, apesar dos esforços dispendidos, ainda existe uma necessidade quanto a pós de metal apropriados para a impressão em 3D que solucionem as questões a seguir:

[0011] O uso de pó de metal no processo de impressão em 3D requer que os pós tenham determinadas propriedades. Por exemplo, os pós têm que ser fluíveis a fim de gerar artigos homogêneos e livres de poros. Além disso, normalmente uma certa distribuição de tamanho de partícula é requerida, a qual pode mudar dependendo do processo em 3D particular usado. A distribuição de tamanho de partícula requerida para os pós que estão sendo usados em processos de fusão a laser seletivos pode desse modo ser diferente daquelas que se prestam a ser usadas em processos de fusão com feixe de elétrons. Além disso, os baixos teores de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio nos pós são favoráveis à melhora das propriedades mecânicas do artigo posteriormente. Não menos importante, o pó usado deve possuir uma adsorção suficiente para a luz laser de comprimentos de onda ou feixes de elétrons distintos para permitir uma fusão suficiente que é requerida para a produção de artigos mecanicamente estáveis e livres de poros. Por conseguinte, ainda existe uma necessidade quanto a pós que são projetados especialmente para o uso em processos de impressão em 3D, bem como processos para a produzir dos ditos pós.

[0012] A presente invenção satisfaz a dita necessidade mediante a provisão de um pó de metal apropriado para impressão em 3D, bem como um processo para a produção dos ditos pós.

[0013] Um primeiro objetivo da presente invenção, portanto, consiste em um pó de metal apropriado para ser usado nos processos de impressão em 3D, caracterizado pelo fato de que as partícula do pó de metal têm uma relação de aspecto média ΨA de 0,7 a 1, de preferência de 0,8 a 1, com mais preferência de 0,9 a 1, e ainda com maior preferência de 0,95 a 1, com ΨA = xFeret,min/xFeret,max.

[0014] O diâmetro de Feret é uma medida de um tamanho do objeto ao longo de uma direção específica. De modo geral, ele pode ser definido como a distância entre dois planos paralelos que restringem o objeto perpendicular a essa direção. Esta medida é usada na análise de tamanhos de partícula, por exemplo, em microscopia, onde é aplicada às projeções de um objeto tridimensional (3D) em um plano em 2D. Nesses casos, o diâmetro de Feret é definido como a distância entre duas linhas tangenciais paralelas ao invés de planos (vide a Figura 1). Com respeito à presente invenção, a ΨA é definida como a razão entre o diâmetro mínimo de Feret de uma partícula em µm e o diâmetro máximo de Feret da respectiva partícula em µm. A relação de aspecto média ΨA dentro do significado da presente invenção refere-se à distribuição de relações de aspecto das partículas de pó, determinada pela análise estatística de microscopia eletrônica de varredura (SEM).

[0015] Foi verificado de maneira surpreendente que as partículas com uma relação de aspecto média dentro da faixa reivindicada são especialmente apropriadas para o uso no processo de impressão em 3D e possuem uma boa fluidez.

[0016] Metais tais como o tântalo (Ta), o titânio (Ti) e o nióbio (Nb) são materiais favoráveis para a produção de implantes ortopédicos devido à sua baixa toxicidade, alta biocompatibilidade e elevada estabilidade mecânica dos objetos gerados. Portanto, uma modalidade da presente invenção é preferida, em que o pó compreende ou consiste em um metal que é selecionado do grupo que consiste no tântalo, titânio, nióbio e as ligas dos mesmos. Em uma modalidade especialmente preferida, o pó de acordo com a invenção compreende uma liga de titânio e nióbio. Em uma modalidade preferida particular, a liga também compreende o tântalo. Em uma modalidade alternativamente preferida, o pó compreende uma liga de tântalo e nióbio.

[0017] A composição do pó pode ser adaptada de acordo com os requisitos do caso específico. Em uma modalidade preferida, o pó de metal da invenção compreende um pó de liga que compreenda o Ti em uma quantidade de 50 a 75% em peso, de preferência de 57 a 61% em peso, com base no peso total do pó.

[0018] Em uma modalidade preferida adicional, o pó da invenção compreende um pó de liga que compreenda o Nb em uma quantidade de 25 a 50% em peso, de preferência de 39 a 43% em peso, com base no peso total do pó.

[0019] Em uma modalidade especialmente preferida, o pó compreende um pó de liga que compreende o Ti em uma quantidade de 50 a 75% em peso, de preferência de 57 a 61% em peso, e o Nb em uma quantidade de 25 a 50% em peso, de preferência de 39 a 43% em peso, com base no peso total do pó, respectivamente.

[0020] Também é preferida uma modalidade da presente invenção em que que o pó compreende uma liga de Ti, Nb e Ta. Em tal caso, é preferível que a quantidade de Ta seja de 2 a 20% em peso, de preferência de 2 a 15% em peso, e especialmente de 2 a 6% em peso, com base no peso total do pó. De preferência, a liga compreende o Ti em uma quantidade de 50 a 75% em peso, com mais preferência de 55 a 70% em peso, e ainda com maior preferência de 55 a 61% em peso, e o Nb em uma quantidade de 25 a 50% em peso, de preferência de 27 a 43% em peso, somando até 100% em peso com base no peso total do pó, respectivamente.

[0021] Foi verificado que as propriedades mecânicas, tais como a elasticidade dos objetos, em particular implantes ortopédicos, podem ser bastante melhoradas se o teor de determinadas impurezas for mantido tão baixo quanto possível. Em uma modalidade preferida, o nível de oxigênio no pó da invenção é menor do que 3.000 ppm, especialmente menor do que 1.500 ppm e em particular menor do que

1.000 ppm, particularmente menor do que 500 ppm, e ainda mais particularmente menor do que 300 ppm, em que ppm refere-se à massa do pó. O nível de nitrogênio no pó da invenção é de preferência menor do que 200 ppm, especialmente menor do que 100 ppm, em particular menor do que 50 ppm, e ainda mais particularmente menor do que 30 ppm.

[0022] O teor de do lítio (Li), sódio (Na), potássio (K) no pó da invenção é de preferência menor do que 80 ppm. Foi verificado de maneira surpreendente que a qualidade dos produtos gerados pode ser bastante melhorada se o teor dos ditos elementos for mantido abaixo do nível reivindicado. Em uma modalidade preferida, o teor de Li no pó da invenção é menor do que 80 ppm, de preferência menor do que 50 ppm e em particular menor do que 30 ppm. Em uma outra modalidade preferida, o teor de Na no pó da invenção é menor do que 80 ppm, de preferência menor do que 50 ppm e em particular menor do que 30 ppm. Em uma modalidade preferida da invenção, o teor de K é menor do que 80 ppm, de preferência 50 ppm e em particular menor do que 30 ppm. Em uma modalidade especial preferida, a soma do teor de Li, Na e K no pó da invenção é menor do que 100 ppm, e de preferência menor do que 50 ppm.

[0023] A fim de que os pós de metal sejam apropriados para o uso nos processos de impressão em 3D, os pós têm que possuir alguma fluidez, bem como alguma densidade de sangria. Em uma modalidade preferida, o pó da invenção tem uma densidade de sangria, determinada de acordo com a norma B527 da ASTM, de 40 a 80% de sua densidade teórica, de preferência de 60 a 80%.

[0024] No caso em que o pó da invenção é pó de um metal de Ta, Nb ou Ti ou um pó da liga dos mesmos, o pó tem de preferência uma densidade de sangria de 1,8 a 13,3 g/cm³, de preferência de 2,7 a 13,3 g/cm³. Por exemplo, o tântalo totalmente denso tem uma densidade de 16,65 g/cm3. Por conseguinte, em uma modalidade preferida, o pó da invenção de Ta tem uma densidade de sangria de 6,6 a 13,3 g/cm3, e de preferência de 10,0 a 13,3 g/cm3. Além disso, o nióbio totalmente denso tem uma densidade de 8,58 g/cm3. Por conseguinte, em uma modalidade preferida, o pó da invenção de Nb tem uma densidade de sangria de 3,4 a 6,9 g/cm3, e de preferência de 5,1 a 6,9 g/cm3. No caso em que o pó da invenção compreende uma liga binária, particularmente uma liga de Ti/Nb, a densidade de sangria é de preferência de 2,2 a 5,2 g/cm3, e de preferência de 3,3 a 5,2 g/cm3. No caso em que o pó compreende uma liga ternária, em particular uma liga de Ti/Nb/Ta, o pó tem de preferência uma densidade de sangria de 2,3 a 6,5 g/cm3, e de preferência de 3,5 a 6,5 g/cm3.

[0025] Em uma modalidade preferida adicional, o pó da invenção tem um fluidez menor do que 25 s/50 g, especialmente menor do que 20 s/50 g, ainda com mais preferência menor do que 15 s/50 g, determinada de acordo com a norma B213 da ASTM. Foi verificado de maneira surpreendente que os pós da invenção podem ser facilmente aplicados, mas ainda mostram uma firmeza apropriada para permitir a produção de artigos precisos e com bordas definidas.

[0026] Tal como acima mencionado, a distribuição de tamanho da partícula do pó da invenção pode ser adaptada de acordo com a necessidade, em particular de acordo com o processo de impressão específico usado. Devido ao processamento e requisitos diferentes no artigo impresso, as demandas com respeito às propriedades do pó podem diferir de acordo com o método usado. Por exemplo, a fusão a laser seletiva (SLM) usa pós finos para obter artigos de formato preciso com características estruturais suficientemente resolvidas. A fusão com feixe de elétrons (EBM) requer partículas mais graúdas, o que é principalmente uma consequência de uma repulsão de partículas eletrostaticamente carregadas em consequência de sua interação com o feixe de elétrons. Tal repulsão é explicitamente pronunciada para pós muito finos. A revestimento laser (LC) requer pós ainda mais graúdos para evitar a aspersão excessiva e a perda de pó substancial associada.

[0027] Em uma modalidade preferida, o pó da invenção tem uma distribuição de tamanho de partícula D10 maior do que 2 µm, de preferência maior do que 5 µm 5, e uma D90 menor do que 80 µm, de preferência menor do que 70 µm, ainda com mais preferência menor do que 62 µm, com uma D50 de 20 a 50 µm, e de preferência de 25 a 50 µm, determinada de acordo com a norma B822 da ASTM. Em uma modalidade preferida, a fração do pó obtida pela classificação com peneiração é < 63 µm. Tal pó é especialmente apropriado para a aplicação nos processos de fusão a laser seletivos (SLM).

[0028] Em uma modalidade alternativamente preferida, o pó da invenção tem uma distribuição de tamanho de partícula D10 maior do que 20 µm, de preferência maior do que 50 µm, e ainda com mais preferência maior do que 65 µm, e uma D90 menor do que 150 µm, de preferência menor do que 120 µm, e ainda com mais preferência menor do que 100 µm, com uma D50 de 40 a 90 µm, e de preferência de 60 a 85 µm, determinada de acordo com a norma B822 da ASTM. Em uma modalidade preferida, a fração do pó obtida pela classificação com peneiração é de 63 a 100 µm. Tal pó é especialmente apropriado para a aplicação nos processos de fusão com feixe de elétrons (EBM).

[0029] Em uma outra modalidade alternativamente preferida, o pó da invenção tem uma distribuição de tamanho da partícula D10 maior do que 50 µm, de preferência maior do que 80 µm, e ainda com mais preferência maior do que 100 µm, e uma D90 menor do que 240 µm, e de preferência menor do que 210 µm, com uma D50 de 60 a 150 µm, e de preferência de 100 a 150 µm, determinada de acordo com a norma B822 da ASTM. Em uma modalidade preferida, a fração do pó obtida pela classificação com peneiração é de 100 a 300 µm. Tal pó é especialmente apropriado para a aplicação nos processos de revestimento laser (LC).

[0030] Foi verificado de maneira surpreendente que a estabilidade mecânica assim como a homogeneidade da distribuição dos elementos de um artigo gerado pelos processos de impressão em 3D pode ser bastante melhorada se as partículas do pó de metal usado possuírem uma microestrutura dendrítica. Portanto, uma modalidade do pó da invenção é preferida em que o pó tem uma microestrutura dendrítica com desvio local na composição química. A análise da invenção por difração de raios X mostrou de maneira surpreendente que a microestrutura dendrítica no pó, embora difira na composição, tinha integralmente a mesma estrutura cristalina ao contrário dos pós comuns onde o desvio local da composição é normalmente associado com estruturas de cristal diferentes, o que resulta em mais de uma fase na difração de raios X, ao passo que somente uma fase foi detectada no exemplo do pó da invenção. Isto é confirmado pela Figura 8, que mostra um diagrama da difração de raios X de pó dos pós da invenção exemplificadores.

[0031] Um outro objetivo da presente invenção é um processo para a produção do pó da invenção. O processo da invenção compreende as etapas de: a) compressão ou compressão e sinterização dos componentes em pó do pó para obter um corpo de metal; b) atomização do corpo de metal para obter um pó de metal; c) separação das partículas que têm um tamanho de partícula menor do que 2 µm, de preferência menor do que 5 µm, ainda com maior preferência menor do que 10 µm, determinado de acordo com a norma B822 da ASTM, para obter o pó da invenção do metal; e d) classificação dos tamanhos de partícula do pó de metal da invenção através de peneiração, para obter a distribuição de tamanho de partícula desejada.

[0032] Foi verificado de maneira surpreendente que o processo de acordo com a invenção permite a produção de pós de metal que são especialmente apropriados para os processos de impressão em 3D.

[0033] Em uma modalidade preferida, a separação na etapa c) do processo da invenção é realizada por meio de peneiração, em particular a classificação no ar do pó.

[0034] Em uma modalidade alternativamente preferida, a separação na etapa c) do processo da invenção é realizada pela desaglomeração em um banho de água ao usar ultrassom e decantação subsequente. Em uma modalidade alternativamente preferida, a desaglomeração é realizada por meio de agitação em um banho de água e decantação subsequente. Em uma outra modalidade alternativamente preferida, a desaglomeração é realizada através da dispersão de alta potência em um banho de água e decantação subsequente. A dispersão de alta potência pode, por exemplo, ser realizada ao usar um instrumento Ultra- Turrax®, disponível junto à IKA®-Werke GmbH & de Co. KG, Alemanha.

[0035] Em uma modalidade preferida, o grau de decantação das partículas finas pode ser ajustado pela manipulação do potencial zeta da dispersão. Isto pode, por exemplo, ser obtido mediante o ajuste do valor do pH. Portanto, uma modalidade do processo da invenção é preferida, na qual o grau de decantação das partículas é ajustado mediante o ajuste do pH do banho de água usado na desaglomeração.

[0036] É desejável obter um pó de metal com um baixo teor de oxigênio. Portanto, em uma modalidade preferida, o processo da invenção também compreende uma etapa de desoxidação. A desoxidação do pó da invenção é de preferência realizada depois da etapa c) do pó da invenção. De preferência, a desoxidação é realizada na presença de um agente redutor, de preferência um agente redutor selecionado do grupo que consiste em Li, Na, K, Mg e Ca, bem como as misturas dos mesmos. Em uma modalidade preferida adicional, o pó da invenção é sujeitado a uma etapa de lixiviação após a desoxidação para remover todas as impurezas indesejadas geradas durante a desoxidação. A lixiviação é de preferência realizada ao usar um ácido inorgânico. A fim de ajustar as propriedades do pó para combinar os requisitos da aplicação específica, a superfície do pó pode ser dopada. Portanto, é preferida uma modalidade em que a superfície do pó é dopada, de preferência com um agente de dopagem selecionado do grupo que consiste em fósforo, boro, silício, ítrio, cálcio, magnésio, e as misturas destes. O processo de dopagem é bem conhecido de um elemento versado no estado da técnica. O elemento versado no estado da técnica, portanto, é bem ciente de como o agente de dopagem deve ser introduzido.

[0037] O pó da invenção também pode ser manipulado a fim de melhorar o desempenho nos processos de impressão em 3D. Portanto, é preferida uma modalidade em que o pó da invenção também é sujeitado a um tratamento com ácido, em que o ácido é de preferência o fluoreto de hidrogênio ou ácidos carboxílicos formadores de complexos. Foi verificado de maneira surpreendente que a absorção da radiação laser durante o processo de impressão pode ser melhorado se o pó for sujeitado a tal tratamento com ácido. Sem ficar limitado pela teoria, acredita-se que o tratamento pode conduzir a uma aspereza da superfície do pó, aumentando desse modo a absorção da superfície da radiação.

[0038] Em uma modalidade preferida, o ácido carboxílico formador de complexo é selecionado do grupo que consiste em ácido carboxílico, ácido dicarboxílico e alfa hidróxi ácido, bem como as misturas dos mesmos.

[0039] O pó da invenção é especialmente apropriado para a aplicação nos processos de impressão em 3D. Desse modo, um objeto adicional da presente invenção é o uso dos pós da invenção em processos de manufatura de aditivos. De preferência, o processo é selecionado do grupo que consiste em fusão a laser seletiva (SLM ou LBM), fusão com feixe de elétrons (EBM) e revestimento laser (LC).

[0040] Um outro objetivo da presente invenção é um processo para a produção de um artigo tridimensional ao usar o pó da invenção, em que o artigo tridimensional é construído camada por camada.

[0041] Ainda um outro objetivo da presente invenção é um artigo tridimensional obtido pelo processo da invenção e/ou que compreende o pó da invenção. O artigo tridimensional é caracterizado por suas propriedades favoráveis que tornam o artigo tridimensional especialmente apropriado para aplicações medicinais. Os requisitos para os artigos usados para finalidades medicinais são amplamente diversificados, variando da biocompatibilidade à resistência mecânica. Foi verificado de maneira surpreendente que os artigos tridimensionais produzidos a partir do pó de acordo com a invenção, em particular ao usar processos de impressão em 3D, exibiram propriedades especialmente vantajosas. Foi verificado que o módulo elástico (módulo de Young, mE) fica perto de um dos ossos naturais que têm um módulo elástico de cerca de 40 GPa. Os materiais comuns atualmente usados exibem um módulo elástico muito mais elevado de mais de 100 GPa, conduzindo a uma compatibilidade inferior do implante. Portanto, é desejável obter implantes com propriedades muito mais próximas daquelas do osso natural, um objetivo atingido no curso da presente invenção. Em uma modalidade preferida, o artigo tridimensional de acordo com a invenção tem, portanto, um módulo elástico mE de 20 a 100 GPa, de preferência de 40 a 90 GPa, e em particular de 40 a 80 GPa, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1.

[0042] Em uma modalidade preferida adicional, o artigo tridimensional de acordo com a invenção tem uma resistência final (Rm) de 600 a 1.400 MPa, de preferência de 600 a 1.200 MPa, e em particular de 600 a 699 MPa, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1.

[0043] Também é preferida uma modalidade na qual o artigo tridimensional de acordo com a invenção tem um limite convencional de elasticidade Rp0,2 de 500 a 1.200 MPa, de preferência de 500 a 1.000 MPa, e em particular de 500 a 699 MPa, determinado de acordo com a norma DEN EN ISO 6892-1.

[0044] Em uma modalidade especialmente preferida, o artigo tridimensional da invenção tem: • um módulo elástico mE de 20 a 100 GPa, de preferência de 40 a 90 GPa, e em particular de 40 a 80 GPa, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1; • uma resistência final Rm de 600 a 1.400 MPa, de preferência de 600 a 1.200 MPa, e em particular de 600 a 699 MPa, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1; e • um limite convencional de elasticidade Rp0,2 de 500 a

1.200 MPa, de preferência de 500 a 1.000 MPa, e em particular de 500 a 699 MPa, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1.

[0045] Em uma modalidade preferida adicional, o artigo tridimensional da invenção é caracterizado por um valor de tensão Ag à resistência final Rm de mais de 0,5%, de preferência de mais de 1%, e em particular de mais de 4%, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1, respectivamente.

[0046] Também é preferida uma modalidade do artigo tridimensional da invenção em que que o artigo tridimensional tem um valor A30 de tensão à fratura de mais de 2%, de preferência de mais de 4%, e em particular de mais de 10%, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1, respectivamente.

[0047] De preferência, o artigo é um implante, em particular um implante medicinal, tal como um implante dental, implante de anca, implante de joelho, implante de ombro, implante craniofacial ou implante da espinha. Em uma outra modalidade preferida, o artigo é para aplicações a altas temperaturas, tais como fornos e reatores.

[0048] A presente invenção será explicada em mais detalhes com a ajuda dos exemplos a seguir, os quais não devem ser compreendidos como limitadores da invenção. Exemplos:

[0049] Vários pós foram preparados de acordo com as etapas a) e b) do processo descrito. Os resultados são resumidos na Tabela 1: Distribuição de Densid Análise química Classe de tamanho de partícula ade de Fluxo ΨA material (PSD) por difração sangri laser a Relaç ão de D10 D50 D90 O N Mg aspec µm µm µm g/cc s/50g ppm ppm ppm to média Com. 1 Nb 9 95 231 5,4 26 1618 79 <10 0,69 Com. 2 Ta 4 30 61 9,9 12 680 10 <10 0,68 sem Com. 3 Ti42Nb 8 64 131 3,2 2466 65 <10 0,58 fluxo sem Com. 4 Ti27Nb6Ta 9 63 148 2,2 3705 98 <10 0,64 fluxo sem Com. 5 Ti40Nb4Ta 7 37 80 2,7 2473 166 <10 0,67 fluxo

[0050] Os pós obtidos foram sujeitados à etapa de divisão tal como descrito na etapa c) do processo da invenção, por meio do qual ocorre: 1) a peneiração/classificação no ar 2) o tratamento ultrassônico 3) a decantação de água (a um pH de 5 a 8)

[0051] Os pós foram desoxidados subsequentemente e classificados por meio de peneiração de acordo com as frações indicadas na Tabela 2. Os resultados são resumidos na Tabela 2:

Classificação Distribuição de tamanho de Análise química Desaglo- Densidade Desoxidação por partícula (PSD) por difração Fluxo ΨA meração de sangria peneiração laser

Soma de D10 D50 D90 O H N Mg Relação de Ex.

Composição Etapa c) Etapa d) Li, Na, K [µm] [µm] [µm] s/50 g g/cc ppm ppm ppm ppm aspecto média ppm

1 Nb 1 sim <63 µm 24 41 58 18 5,5 556 37 111 <15 33 0,95

2 Nb 1 sim 63–100 µm 69 83 95 15 5,3 373 30 89 <15 20 0,95

3 Nb 1 sim 100-300 µm 106 146 199 14 5,3 269 34 85 <15 14 0,96

4 Ta 3 sim <63 µm 15 30 55 7 10 150 14 12 <15 15 0,95

16/19 5 Ti42Nb 3 não 100-300 µm 110 130 174 21 3,1 2574 <10 103 <15 <10 0,92

6 Ti42Nb 3 não 63-100 µm 63 77 98 23 3,5 2527 <10 88 <15 <10 0,89

7 Ti42Nb 3 não <63 µm 18 39 61 23 3,8 2584 <10 49 <15 <10 0,88

8 Ti42Nb 3 sim 63-100 µm 68 80 96 13 3,4 837 245 167 <15 141 0,95

9 Ti42Nb 3 sim <63 µm 23 42 60 15 3,6 960 258 165 <15 30 0,95

10 Ti27Nb6Ta 3 não 100-300 µm 103 137 187 22 3,6 2964 22 97 <15 <10 0,93

11 Ti27Nb6Ta 3 sim 63-100 µm 70 83 93 16 3,4 1398 17 91 <15 <10 0,96

12 Ti27Nb6Ta 3 sim <63 µm 25 49 60 19 3,9 1484 24 101 <15 105 0,95

13 Ti40Nb4Ta 3 sim <63 µm 22 45 57 18 3,7 1470 35 140 <15 140 0,95

14 Ti20Nb6Ta 3 sim < 63 µm 24 45 62 20 3,8 1519 41 99 <15 95 0,97

[0052] Os pós da invenção dos Exemplos 9, 12, 13 e 14 foram usados em um processo de fusão laser seletivo para produzir os artigos de teste tridimensionais 1, 2, 3 e 4, respectivamente, cujas propriedades foram testadas de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016. Os respectivos resultados são resumidos na Tabela 3, em que os valores fornecidos são os resultados médios obtidos de uma série de testes. mE: módulo elástico, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016 Rp0,2: limite convencional de elasticidade, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016 Rm: resistência final, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016 Fm: resistência máxima, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016 Ag: tensão à Rm, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016 A30: tensão à fratura, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016 S0: área em seção transversal, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1:2016 Tabela 3: Nº. de mE Rp0.2 Rm Fm Ag A30 S0 Artigo Composição testes [GPa] [MPa] [MPa] [kN] [%] [%] [mm²] 1 Ti42Nb 8 61 674 688 19,4 0,5 12,3 28,2 2 Ti20Nb6Ta 18 80 671 1100 31,0 5,0 15 28,2 3 Ti27Nb6Ta 19 59 698 828 23,4 1,3 4,1 28,3 4 Ti40Nb6Ta 19 54 796 864 24,4 0,6 2,5 28,3

[0052] A Figura 1 é uma representação gráfica da definição do diâmetro de Ferret tal como explicado acima.

[0053] A Figura 2 mostra uma imagem de SEM do pó da invenção de acordo com o Exemplo 2. Tal como pode visto claramente, as partículas possuem uma esfericidade e uma distribuição de tamanho de partícula homogêneas.

[0054] A Figura 3 mostra uma imagem de SEM do pó de acordo com o exemplo comparativo 4. Ao contrário do pó da invenção, o pó comum mostra um grau elevado de aglomeração, sendo desse modo inadequado para o uso na impressão em 3D.

[0055] A Figura 4 mostra uma imagem de SEM (seção transversal) do pó da invenção de acordo com o Exemplo 11 que mostra claramente a uniformidade do pó e a ausência de quaisquer partículas indesejadas com tamanhos que devem tornar o pó inadequado para os processos de impressão em 3D.

[0056] A Figura 5 mostra uma imagem de SEM do pó da invenção de acordo com o Exemplo 12 após o tratamento com HF que resultou em aspereza da superfície do pó.

[0057] A Figura 6 mostra uma imagem SEM/seção transversal EDX de uma partícula de pó do pó da invenção de acordo com o Exemplo

11. A imagem mostra claramente o caráter dendrítico do pó com: 1: Ti 70,8% em peso, Nb 26,3% em peso, Ta 2,9% em peso 2: Ti 72,4% em peso, Nb 25,4% em peso, Ta 2,2% em peso 3: Ti 54,0% em peso, Nb 38,2% em peso, Ta 7,8% em peso 4: Ti 54,6% em peso, Nb 38,0% em peso, Ta 7,4% em peso

[0058] A Figura 7 mostra uma imagem SEM/seção transversal EDX de uma partícula do pó do pó da invenção de acordo com o Exemplo

13. A imagem mostra claramente o caráter dendrítico do pó com: 1: Ti 56,4% em peso, Nb 40,0% em peso, Ta 3,6% em peso 2: Ti 64,4% em peso, Nb 32,1% em peso, Ta 3,4% em peso 3: Ti 67,4% em peso, Nb 31,4% em peso, Ta 1,2% em peso 4: Ti 53,7% em peso, Nb 41,4% em peso, Ta 4,9% em peso

5: Ti 53,5% em peso, Nb 42,0% em peso, Ta 4,5% em peso

[0059] A Figura 8 mostra diagramas da difração de raios X dos pós da invenção de acordo com os Exemplos 1 (Nb), 7 (Ti42Nb) e 13 (Ti40Nb4Ta). Tal como pode ser claramente visto, somente uma fase cristalográfica foi identificada em cada diagrama, mesmo para o sistema binário e ternário.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pó de metal apropriado para o uso em processos de impressão em 3D, caracterizado pelo fato de que compreende ou consiste em um metal selecionado do grupo que consiste em tântalo, titânio, nióbio e as ligas destes, e em que as partículas do pó de metal têm uma relação de aspecto média ΨA de 0,7 a 1, de preferência de 0,8 a 1, com mais preferência de 0,9 a 1, ainda com maior preferência de 0,95 a 1, com ΨA = x Feret min/x Feret max.

2. Pó de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ou consiste em uma liga de titânio e nióbio.

3. Pó de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a liga ainda contém tântalo.

4. Pó de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ou consiste em uma liga de metal de titânio, nióbio e tântalo.

5. Pó de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que tem uma densidade de sangria, determinada de acordo com a norma B527 da ASTM, de 40 a 80% de sua densidade teórica, e de preferência de 60 a 80% de sua densidade teórica.

6. Pó de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de em que tem uma fluidez menor do que 25 s/50 g, especialmente menor do que 20 s/50 g, e ainda com mais preferência menor do que 15 s/50 g, determinada de acordo com a norma B213 da ASTM.

7. Pó de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que tem uma distribuição de tamanho de partícula D10 maior do que 2 µm, de preferência maior do que 5 µm, e uma D90 menor do que 80 µm, de preferência menor do que 70 µm, com uma D50 de 20 a 50 µm, de preferência de 25 a 50 µm, determinada de acordo com a norma B822 da ASTM.

8. Pó de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que tem uma distribuição de tamanho de partícula D10 maior do que 20 µm, de preferência maior do que 50 µm, e uma D90 menor do que 150 µm, de preferência menor do que 120 µm, com uma D50 de 40 a 90 do µm, de preferência de 60 a 85 µm, determinada de acordo com a norma B822 da ASTM.

9. Pó de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que tem uma distribuição de pó D10 maior do que 50 µm, de preferência maior do que 80 µm, e uma D90 menor do que 240 µm, de preferência menor do que 210 µm, com uma D50 de 60 a 150 µm, de preferência de 100 a 150 µm, determinada de acordo com a norma B822 da ASTM.

10. Pó de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o nível de oxigênio no pó é menor do que 3.000 ppm, especialmente menor do que 1.500 ppm e em particular menor do que 1.000 ppm, mais particularmente menor do que 500 ppm, e ainda mais particularmente menor do que 300 ppm.

11. Processo para a produção de um pó de acordo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) compressão ou compressão e sinterização dos componentes em pó do pó para obter um corpo de metal; b) atomização do corpo de metal da etapa a) para obter um pó de metal; c) separação das partículas que têm um tamanho de partícula menor do que 2 µm, de preferência menor do que 5 µm, ainda com maior preferência menor do que 10 µm, determinado de acordo com a norma B822 da ASTM, para obter o pó da invenção do metal; e d) classificação dos tamanhos de partícula do pó de metal da invenção através de peneiração.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a separação na etapa c) do processo é realizada ao peneirar o pó.

13. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a separação na etapa c) do processo é realizada por meio de desaglomeração em um banho de água ao usar ultrassom e decantação subsequente.

14. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a separação na etapa c) do processo é realizada por meio de agitação em um banho de água e decantação subsequente.

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que o processo ainda compreende uma etapa de desoxidação.

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que o pó ainda é sujeitado a um tratamento com ácido.

17. Uso de um pó como definido em qualquer uma ou mais das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que serve para processos de manufatura de aditivos.

18. Processo para a produção de um artigo tridimensional ao usar um pó como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o artigo tridimensional é construído camada por camada.

19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que é selecionado do grupo que consiste em fusão laser seletiva (SLM, LBM), fusão com feixe de elétrons (EBM) e revestimento laser (CL).

20. Artigo tridimensional, caracterizado pelo fato de que é obtido pelo processo como definido na reivindicação 18.

21. Artigo tridimensional de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que tem um módulo elástico mE de 20 a 100 GPa, de preferência de 40 a 90 GPa, e em particular de 40 a 80 GPa, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1.

22. Artigo tridimensional de a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que tem uma resistência final Rm de 600 a

1.400 MPa, de preferência de 600 a 1.200 MPa, e em particular de 600 a 699 MPa, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1.

23. Artigo tridimensional de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 22, caracterizado pelo fato de que tem um limite convencional de elasticidade Rp0,2 de 500 a 1.200 MPa, de preferência de 500 a 1.000 MPa, e em particular de 500 a 699 MPa, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1.

24. Artigo tridimensional de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 23, caracterizado pelo fato de que tem: • um módulo elástico mE de 20 a 100 GPa, de preferência de 40 a 90 GPa, e em particular de 40 a 80 GPa, determinado de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1; • uma resistência final Rm de 600 a 1.400 MPa, de preferência de 600 a 1.200 MPa, e em particular de 600 a 699 MPa, determinada de acordo com a norma DIN EN ISO 6892-1; e • um limite convencional de elasticidade Rp0,2 de 500 a

25. Artigo tridimensional de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 24, caracterizado pelo fato de que é um artigo medicinal, em particular um implante medicinal.