Ar medicinos prietaisų formas taip pat galima gaminti naudojant metalinį 3D spausdinimą?

一, Žvelgiant į pagrindinius metalo 3D spausdinimo technologijos pranašumus
1. Geometriniai laisvės laipsniai ir konforminio aušinimo dizainas
Gręžimo procedūros riboja aušinimo kanalus tradicinėse liejimo formose, todėl paprastai naudojamos linijinės arba paprastos kryžminės architektūros. Dėl to vėsinimas tampa ne toks efektyvus, o temperatūra netolygi. Selektyvus lazerinis lydymas (SLM) ir elektronų pluošto lydymas (EBM) yra dvi technologijos, leidžiančios laisvai suprojektuoti konformalius aušinimo kanalus naudojant metalo 3D spausdinimą. Pavyzdžiui, ortopedinėse implantų formose, naudojant modeliavimo programinę įrangą vandens kelio optimizavimui, kad atstumas tarp aušinimo vandens kanalo ir formos ertmės paviršiaus neviršytų 2 mm, įpurškimo liejimo ciklą galima sutaupyti 35 %, o gaminio deformaciją sumažinti 60 %. Ši konstrukcija labai svarbi gaminant širdies stento formas, nes mikro-lygio tikslumo aušinimo kanalai užtikrina, kad liejimo proceso metu stento medžiagos tolygiai susitrauktų, o tai apsaugo nuo įtrūkimų susidarymo dėl įtempių koncentracijos.
2. Biologinio suderinamumo ir medžiagų eksploatacinių savybių garantija
Medicinos prietaisų formos turi atitikti labai aukštus biologinio suderinamumo kriterijus. Metalo 3D spausdinimas leidžia tiesiogiai lieti medžiagas, įskaitant titano lydinį (Ti6Al4V), kobalto chromo lydinį (CoCrMo) ir medicininį nerūdijantį plieną (316L), kurie visi yra sertifikuoti kaip biologiškai suderinami pagal ISO 10993. Pavyzdžiui, Ti6Al4V titano lydinys yra lengvai naudojamas implantams pakeisti, o jo lydinys paprastai naudojamas jungtims pakeisti. saugus naudoti su žmogaus kaulais. Galite reguliuoti medžiagos grūdelių dydį nuo 10 iki 50 μm keisdami spausdinimo nustatymus, pvz., lazerio galią ir nuskaitymo greitį. Taip pasiekiama pusiausvyra tarp mechaninių savybių ir biologinio aktyvumo.
3. Lengvas ir funkcionalus dizainas
Metalinis 3D spausdinimas leidžia sukurti lengvus dizainus, tokius kaip grotelių struktūros ir grotelių struktūros. Tai sumažina medžiagų sunaudojimą, tuo pačiu užtikrinant, kad pelėsis būtų tvirtas. Pavyzdžiui, „Platinum“ tuščiaviduris grotelių aušinimo kanalas, skirtas orlaivių variklių menčių formoms, sumažina svorį 40% ir padidina aušinimo efektyvumą iki 2,3 karto, palyginti su standartinio dizaino. Šis dizainas naudojamas medicinos profesijoje chirurginių robotų galutinių efektorių formoms. Tai sumažina žingsnių, reikalingų įrangai sujungti, skaičių ir daro ją patikimesnę, nes pridedami funkciniai elementai, pvz., termoporos tvirtinimo angos ir skysčio kanalai.
2, bendro naudojimo atvejai ir atvejų tyrimai
1. Ortopedinių implantų formų gamyba
Atvejis: 3D{1}}atspausdinto klubo implanto forma
Aikang Medical 3D ACT dirbtinio klubo sąnario sistema naudoja bimetalinio 3D spausdinimo technologiją, kad suformuotų šlaunikaulio stiebo formą. Kaulą surišantis sluoksnis pagamintas iš Ti6Al4V titano lydinio, kuris turi mikroporingą struktūrą, skatinančią kaulų ląstelių augimą; nusidėvėjimui atsparus sluoksnis pagamintas iš CoCrMo kobalto chromo lydinio, kurio paviršiaus šiurkštumas yra Ra<0.2 μ m, which reduces friction and wear with the polyethylene lining. The transition layer is formed of Ti Co gradient alloy, and powder mixing technology is used to make the composition gradient so that stress doesn't build up. This mould makes the product last for more than 15 years, which is three times longer than usual methods.
2. Širdies ir kraujagyslių stentų formų gamyba
Atvejis: Forma mikro dydžio kraujagyslių stentui
Norint pagaminti kraujagyslių stentus, gamybos proceso tikslumas turi būti nuo 10 iki 50 μm. Tai sunku padaryti naudojant įprastą apdirbimą. Huazhongo mokslo ir technologijų universiteto komanda naudojo SLM technologiją, kad pagamintų Nitinol stento formas. Stento vielos skersmens netikslumas buvo mažesnis nei 2 μm, kontroliuojant tokius veiksnius kaip sluoksnio storis (20 μm) ir lazerio galia (150 W). Kiaulių vainikinių arterijų modelio stentas, pagamintas naudojant šią formą, puikiai laikosi ir yra lankstus, o trombozės dažnis yra 40 % mažesnis nei įprasti prietaisai.
3. Medicininės įrangos dalių formų gamyba
Atvejis: vielos tinklelio forma, skirta kompiuterinės tomografijos skenerio anti-išsklaidymo filtrui
„Dunlee“ gryno volframo 3D spausdinimo filtrų tinklelio formoje naudojama EBM technologija, kad vienu ypu sukurtų sudėtingas kūgines formas. Palyginti su standartiniais frezavimo metodais, šios formos filtrų tinklelis gali 1,7 karto padidinti kūgio pluošto CT signalo -ir-triukšmo santykį ir 85 % sumažinti medžiagų švaistymą. Be to, didelis gryno volframo tankis (19,3 g/cm³) apsaugo nuo rentgeno spindulių, todėl vaizdo kokybė išlieka gera.
3, Technologijų problemos ir sprendimai
1. Paviršiaus kokybė ir procesas po apdorojimo
Metalinių 3D spausdinimo formų paviršiaus šiurkštumas paprastai yra tarp Ra6 ir Ra10 μm. Po apdorojimo, įskaitant elektrolitinį poliravimą ir smėliavimą, jį reikia sumažinti iki Ra0,8 μm arba žemiau. Pekino aeronautikos gamybos instituto cheminio mechaninio poliravimo (CMP) metodas gali padaryti Ti6Al4V formų paviršių lygesnį, sumažindamas jas iki Ra0,2 μm, o tai yra medicinos įrangos standartas.
2. Liekamojo įtempio kontrolė
Spausdinimo proceso metu dėl greito kaitinimo ir aušinimo gali lengvai susikaupti liekamasis įtempis ir atsirasti pelėsio forma. Atsakymas yra toks:
Procesų optimizavimas: naudojant salos nuskaitymo metodą, vienas sluoksnis padalijamas į kelias atskiras dalis, kurios gali būti spausdinamos po vieną. Tai padeda tolygiai paskirstyti šiluminį įtampą.
Terminis apdorojimas: Norėdami atsikratyti daugiau nei 80% likutinės įtampos, įkaitinkite formą iki 650 laipsnių Celsijaus ir leiskite atvėsti.
Stebėjimas internetu: naudojant infraraudonųjų spindulių termovizorių, norint stebėti temperatūros lauką realiu laiku ir pagal poreikį keisti lazerio galią.
3. Medžiagų kaina ir vertė
Medicininio-titano lydinio milteliai kainuoja 2000–5000 juanių už kilogramą, tai yra 5–10 kartų daugiau nei įprasto liejimo plieno. Atsakymas yra toks:
Miltelių perdirbimas: Atliekant atranką ir oksidaciją, neištirpusių miltelių atkūrimo greitis padidėja iki 95%.
Topologijos optimizavimo dizainas: sumažinkite vieneto kainą ir sumažinkite medžiagų sunaudojimą 30–50%.
Didelio masto-gamyba: vieneto kaina priartėjo prie tradicinių metodų dėl geresnio įrangos efektyvumo (pavyzdžiui, Huashu aukštųjų technologijų FS1211M įranga gali spausdinti 50 cm ³/h greičiu).