3D打印技术在医疗植入物制造领域的应用

国际金属加工网 2017年10月11日

3D打印,即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。瑞典ARCAM公司的EBM技术属于3D打印技术的一种,能够使用金属材料制造医用植入物。ARCAM的EBM技术允许医疗植入物厂家生产革新的产品,而同时能够减少生产成本以及研制周期。

EBM技术对于具有高级小梁结构的压合植入物的大规模生产成本特别低。植入物的实体结构和多孔结构在同样的加工流程制造,不需要经过昂贵的额外工序进行加工,比如喷涂。EBM技术提供一套直接从CAD到金属成品的方案,允许根据从CT得到的信息来生产针对病人特殊需要的植入物。采集到的CT信息用来创建需要植入物的精确CAD模型。然后EBM设备使用这个模型来建造真实的零件。

使用EBM技术能够生产并且发展属于自己的独特的带小梁结构,EBM工艺能对带小梁结构的设计进行优化。ARCAM的EBM工艺生产成本低,对大部分植入物类型都是稳定的生产技术。市场上有越来越多的通过CE和FDA认证的采用EBM技术生产的医用植入物。

基于EBM的3D打印技术采用电子束熔融技术,电子束枪产生高能电子束,电子束逐层融化粉末。采用EBM技术可提高加工率和生产效率,该技术提供真空环境加工,全程高温加工。EBM电子束熔融技术核心优势在于:设计具有高自由度,可根据功能进行设计、轻量结构(航空航天)以及一体式结构便于骨骼生长(医疗骨科);具备优异的材料性能,性能优于铸造锻造并符合应用标准;经济适用,具有高生产效率且材料可回收。

3D打印技术生产的小梁结构采用CAD进行设计,针对骨整合过程优化孔隙结构,包括孔隙尺寸和孔隙率。3D打印技术制造小梁结构的优势在于所有多孔植入物均可生产、实体部分及多孔结构一步完成以及高温加工,产生的残余应力低。采用3D打印技术生产带有小梁结构的髋臼杯时,12h可生产16个,生产效率高,成本低且可生产任意尺寸。该项技术在2007年已通过CE认证并在2010年通过FDA认证,每年生产超过30000个,全球生产的具有高级多孔结构表面的髋臼杯有25%是采用EBM3D打印技术制造的。

总的来说,3D打印技术让生产商用最少的投资设计和生产小梁结构,为实体和多孔植入物提供一种独特的一步加工方法,能保证实体部分和多孔部分结构上的连续性,并且不需要热处理。数以千计的经过CE认证的植入物证明,3D打印技术能有效节约成本。


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