3D打印技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)展菩鲜。依托于醫(yī)學(xué)掃描和成像技術(shù)(CT、MRI、超聲波)纽宇,這種新的方法為醫(yī)療提供了更多經(jīng)濟(jì)而有效的解決方案,正在改變現(xiàn)有醫(yī)療行業(yè)的供應(yīng)鏈竭豺。
在這方面一個(gè)值得注意的事情是编苛,美國(guó)醫(yī)藥監(jiān)管機(jī)構(gòu)FDA已經(jīng)給一些3D打印的醫(yī)療設(shè)備發(fā)放了市場(chǎng)許可。
那么現(xiàn)在已經(jīng)有那些醫(yī)療方面的終端應(yīng)用可以3D打印了裤魔?
通用項(xiàng)目(髖部/膝蓋/肩部植入物或植入物附件)
獨(dú)特的定制項(xiàng)目(助聽器娜摇、牙科、鞋墊赖巴、假肢和矯形外科植入物)
模型(用于下一步制造牙冠或牙齒矯正)
已經(jīng)采用3D打印部件的這些醫(yī)療領(lǐng)域獲得了一個(gè)更為精簡(jiǎn)的供應(yīng)鏈沿信。3D打印技術(shù)不需要多個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程或者使用任何其它工具,而且能夠最大限度地降低庫(kù)存猩刁。這導(dǎo)致了成本的降低和交貨時(shí)間的縮短组漏,對(duì)于那些體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件新蟆,如骨科植入物觅赊,效益尤其明顯。
目前許多外科醫(yī)生正在嘗試用金屬3D打印工藝來制造骨科植入物琼稻,而且即將獲得成功的應(yīng)用吮螺。其中的原因是金屬3D打印主要有以下特點(diǎn):
1)生物相容性金屬粉末
能夠在其表面獲得來自相鄰細(xì)胞和組織的預(yù)期反應(yīng)是外科植入物的一個(gè)非常重要的屬性。因?yàn)榧?xì)胞行為(密合性帕翻、功能性改變鸠补、形態(tài)變化和增殖)會(huì)受到其表面屬性的強(qiáng)烈影響。表面形貌嘀掸、表面化學(xué)和表面能量支配著植入物的生物反應(yīng)紫岩。
因此规惰,對(duì)于植入物的制造,優(yōu)選材料是純鈦和鈦合金泉蝌。純鈦具有較高的耐腐蝕性以及被認(rèn)為是最具生物相容性的金屬歇万。只要其表面被暴露在氧化性介質(zhì)中,它就能夠自發(fā)地形成穩(wěn)定的惰性氧化物層梨与。如果需要生物醫(yī)學(xué)植入物具備更高的強(qiáng)度的話堕花,那么更好的選擇則是Ti6Al4V合金,該材料也會(huì)表現(xiàn)出良好的抗疲勞枚从、耐腐蝕特性稳荒,而且比重比較低。
此外榛狮,能夠以粉末形式提供的其他生物相容性材料還有不銹鋼316L和鈷鉻合金很防。而高度受控的金屬3D打印環(huán)境(充滿中性氣體和限制氧氣)可確保打印部件的高純度,保留了期望的材料性能嫡靠。
2)更便宜的“一次性”定制金屬植入物
在制造定制化的植入物時(shí)志凿,傳統(tǒng)的方式往往特別費(fèi)時(shí)和昂貴,而3D打印則就靈活的多杂飘,其資金需求被限定在一定范圍疏形,設(shè)計(jì)復(fù)雜性被減小,從而使個(gè)人定制得以實(shí)現(xiàn)触咧。
顯而易見衩凤,定制產(chǎn)品會(huì)讓病人更加舒服,恢復(fù)得更快坡牛。骨科醫(yī)生可以通過自定義形狀優(yōu)化應(yīng)力在骨骼上的分布掸绞,并提供更好的適應(yīng)性,并消除了外科醫(yī)生在手術(shù)之中進(jìn)行手動(dòng)處理的需要耕捞。失敗的風(fēng)險(xiǎn)降低了衔掸,同時(shí)手術(shù)時(shí)間和總體成本也在降低。
3)機(jī)械性能升級(jí)
3D打印的部件與傳統(tǒng)制造技術(shù)俺抽,如鑄造敞映,生產(chǎn)出來的部件相比,往往具有更好的機(jī)械性能磷斧。因?yàn)橛械慕饘?D打印工藝會(huì)涉及到非常專業(yè)前沿的冶金學(xué)技術(shù)驱显,能夠生成獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。據(jù)天工社所知瞳抓,經(jīng)過妥善處理,金屬3D打印能夠產(chǎn)生精制晶粒伏恐,這是因?yàn)闊嵊绊憛^(qū)域直接環(huán)繞著激光熔池孩哑,所以可以快速獲得熱能栓霜。此外,作為金屬3D打印價(jià)值鏈的一部分横蜒,后處理中的熱處理也可以進(jìn)一步提高預(yù)成品的機(jī)械性能胳蛮。
其結(jié)果是,該部分可能因?yàn)楹穸鹊纳陨詼p少而變得更輕候铸,這降低了患者的不適感迄岸,而且不會(huì)犧牲其它屬性。
4)3D打印和矯形金屬植入物之間的協(xié)同作用
鈦金屬具有高彈性模量眨额,容易導(dǎo)致植入物和骨頭之間的彈性失配苗泰,并限制了這種材料的使用。一種低彈性楊氏模量有助于避免“應(yīng)力屏蔽”(即由于植入物導(dǎo)致的骨骼正常應(yīng)力的消失)笋再,而“應(yīng)力屏蔽”則會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)密度的降低莲轮。
由于金屬3D打印技術(shù)能夠指定構(gòu)建對(duì)象的孔隙度,因此可以通過改變體積分率和多孔結(jié)構(gòu)的尺寸分布來解決這個(gè)問題缤贯。事實(shí)上既帜,多孔鈦的彈性模量會(huì)隨著孔徑的增加而減小,而植入物可以通過量身定制具有類似人骨的機(jī)械性能瑰柄。
此外制私,傳統(tǒng)上使用減材制造的金屬植入物通常會(huì)在表面施加多孔表面涂層,以便于骨內(nèi)生長(zhǎng)和整個(gè)植入物的結(jié)合蚣碰。而金屬3D打印則能夠?qū)⑻峁?qiáng)度的致密承重結(jié)構(gòu)與精確而互相連接的開放氣孔誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)有機(jī)地結(jié)合在一起揖膜。
最后一點(diǎn),但同樣重要的是骗爆,當(dāng)骨科植入物需要固定的時(shí)候次氨,金屬3D打印的預(yù)成品部件的粗糙表面可以消除下游涂覆操作的需要,節(jié)省了時(shí)間和金錢摘投。
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