Bioceramic scaffolds fabrication: indirect 3D printing combined with icetemplating vs. robocasting

Abstract

La creación de plantillas de hielo combinada con la impresión 3D indirecta se propone como un método prometedor para la preparación de armazones con porosidad multiescala, incluida una red de macrocanales interconectados bien definida. Se utilizó robocasting como técnica comparativa para producir armazones con porosidad comparable a los niveles de microporosidad introducida y microporosidad entre granos. Se midió y comparó la porosidad, la composición de fase y la estabilidad mecánica de los bio-armazones preparados mediante ambas técnicas. Las porosidades totales comparables solo se pudieron lograr en robocasting eligiendo una temperatura de sinterización significativamente más baja (950°C frente a 1200°C). La resistencia a la compresión de los armazones Robocast fue significativamente mayor (6,5 ± 1,19 MPa frente a 2,3 ± 1,00 MPa, respectivamente). Sin embargo, el aumento del nivel de porosidad multiescala interconectada junto con un tamaño de grano más fino de muestras con plantillas de hielo sinterizadas a 1200°C (∼ 500 nm frente a 2,5 μm para piezas de robocast) podría resultar beneficioso para el desarrollo de armazones bioactivos altamente porosos con un rendimiento biológico mejorado.

Ice-templating combined with indirect 3D printing is proposed as a promising method for preparation of scaffolds with multiscale porosity, including a well-defined interconnected macro-channel network. Robocasting was used as a comparative technique to produce scaffolds with comparable porosity at the introduced microporosity and the inter-grain microporosity levels. Porosity, phase composition and mechanical stability were measured and compared for bio-scaffolds prepared by both techniques. Comparable total porosities could only be achieved in robocasting by choosing a significantly lower sintering temperature (950°C vs. 1200°C). The compressive strength of robocast scaffolds was significantly greater (6.5 ± 1.19 MPa vs. 2.3 ± 1.00 MPa, respectively). However, the increased level of interconnected multiscale porosity coupled to a finer grain size of ice-templated samples sintered at 1200°C (∼ 500 nm vs. 2.5 μm for robocast parts) could prove to be beneficial for the development of highly porous bioactive scaffolds with enhanced biological performance.