1, Techninis principas: medžiagų parinkimo ir struktūros optimizavimo sinerginis poveikis
Metalo 3D spausdinimo technologijos, skirtos padidinti medicininių prietaisų pakartotinio naudojimo galimybes, esmė slypi unikalioje medžiagų pasirinkime ir struktūrinio optimizavimo galimybėse.
Medžiagos pasirinkimas:
Titano lydinys (Ti6Al4V): Kaip dažniausiai naudojamas medicininis metalas, titano lydinio paviršiuje savaime susidaro tankus titano dioksido (TiO ₂) apsauginis sluoksnis, veiksmingai atsparus kūno skysčių korozijai. Dėl puikaus biologinio suderinamumo ir mechaninių savybių jis yra tinkamiausia medžiaga ortopediniams implantams ir dantų restauravimui.
Kobalto chromo lydinys: pasižymi puikiu atsparumu dilimui ir kietumu didelės trinties aplinkoje, o ant paviršiaus susidariusi oksido plėvelė dar labiau padidina atsparumą korozijai. Plačiai naudojamas tokiose srityse kaip dirbtiniai sąnariai ir širdies ir kraujagyslių stentai.
Porėta titano struktūra: akytasis titanas, pagamintas naudojant lazerinio miltelių lydymosi (PBF-LB) technologiją, ne tik reguliuoja implantų standumą ir skatina kaulinio audinio augimą, bet jo sudėtinga porų struktūra taip pat palengvina skysčių cirkuliaciją ir sumažina vietinės korozijos riziką.
Struktūrinis optimizavimas:
Sudėtingas porų dizainas: Sudėtingas porų struktūras, kurias sunku pasiekti naudojant tradicinius metodus, galima lengvai pasiekti metalo 3D spausdinimo metu. Šios poros ne tik sumažina įrangos svorį, bet ir pagerina įrangos ilgaamžiškumą bei pakartotinį panaudojimą optimizuodamos įtempių pasiskirstymą, sumažindamos korozijos atsiradimo tikimybę.
Funkciškai surūšiuotos medžiagos: pasiekus gradientinius medžiagų sudėties pokyčius tame pačiame komponente, tam tikrose srityse galima pagerinti atsparumą korozijai, išlaikant bendrą konstrukcijos stiprumą ir kietumą.
2, Techniniai iššūkiai ir sprendimai: perėjimas nuo laboratorijų prie didelio masto pritaikymo
Nors metalo 3D spausdinimo technologija parodė didelių pranašumų gerinant pakartotinį medicinos prietaisų naudojimą, jos didelio masto-pritaikymas vis dar susiduria su tam tikrais iššūkiais:
Medžiagos apribojimai:
Išlaidų problema: didelio našumo medžiagų, tokių kaip titano lydiniai, sąnaudos yra didelės, o tai riboja vienkartinių medicinos prietaisų naudojimą. Sprendimas apima nebrangių medžiagų, pvz., medicininio nerūdijančio plieno (pvz., 316 l), tyrinėjimą ir medžiagų sąnaudų mažinimą, kai gaminama didelė- apimtis.
Degraduojančios medžiagos: Dėl greito biologiškai skaidžių medžiagų, tokių kaip magnio lydiniai ir cinko lydiniai, skilimo charakteristikos in vivo reikalauja tolesnio optimizavimo naudojant legiravimą arba paviršiaus apdorojimą, kad būtų pasiektas kontroliuojamas skilimo greitis.
Spausdinimo tikslumas ir tolesnis{0} apdorojimas:
Smulkios struktūros vienodumas: porų struktūros vienodumas (pvz., 0,5 mm porų dydis) turi įtakos įrangos atsparumui korozijai ir mechaninėms savybėms. Reikia pagerinti spausdinimo tikslumą optimizuojant spausdinimo parametrus, tokius kaip lazerio galia ir nuskaitymo greitis.
Vėlesnio apdorojimo technologija: po spausdinimo įranga turi būti vėliau{0}}apdorojama, pvz., poliruojama ir šlifuojama, kad būtų pašalinti paviršiaus defektai, pagerintas atsparumas korozijai ir biologinis suderinamumas.
Sterilizacijos ir gedimo problemos:
Dėl pakartotinio sterilizavimo karščiu gali sugesti tokios medžiagos kaip titano lydiniai ir polimerai. Turime sukurti specializuotas medicinines medžiagas, atsparias aukštai temperatūrai ir cheminei korozijai, arba naudoti žemos temperatūros sterilizavimo metodus, pvz., sterilizavimą etileno oksidu, gama švitinimą ir kt.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3D-printing-copper-heatsink.html