La stampa 3D offre molteplici soluzioni per lo sviluppo di dispositivi medici poiché il settore si evolve nel tempo. La stampa 3D ha aiutato il settore sanitario a immettere sul mercato importanti strumenti e dispositivi medici a costi e tempi relativamente inferiori.
In questa guida di seguito imparerai come la stampa 3D ha aiutato l'evoluzione del settore medico e come si rivela utile in prototipazione medica. Allora, leggiamo di seguito.
Stampa 3D, noto anche come produzione additiva, aiuta a produrre un oggetto solido con 3 dimensioni. In questo processo, gli strati del materiale vengono depositati uno dopo l'altro per creare un oggetto. Si osserva che questi strati hanno una sezione trasversale finemente affettata dell'oggetto fabbricato.
La stampa 3D è il processo opposto alla produzione sottrattiva in cui il materiale viene tagliato. Invece, nella stampa 3D, nessun taglio e fresatura verificarsi; piuttosto, il materiale viene aggiunto strato dopo strato per ottenere l'oggetto desiderato.
La stampa 3D consente la creazione di forme con texture complesse e, rispetto ad altri metodi, è più adatta perché utilizza meno materiale.
1.1 Stampa 3D di plastica
La stampa 3D in plastica è uno dei metodi più comuni utilizzati nella produzione di oggetti stampati in 3D. Questa tecnica consente di realizzare prodotti in campo medico semplici ed economici. Tali parti possono anche essere lavorate a macchina, ma è comunque preferibile realizzarle tramite stampa 3D.
I diversi tipi di plastica utilizzati nella stampa 3D in plastica comprendono ABS, PLA, nylon, TPU, PETG, HIPS, PVA, ecc. Ogni tipo di plastica ha le sue qualità e caratteristiche. Alcuni sono flessibili, altri resistono all'usura e altri sono impermeabili.
La stampa 3D in plastica offre meno precisione a livello di consumatore. Tuttavia, i dispositivi medici di base possono essere fabbricati attraverso questo processo con design semplici.
Inoltre, i dispositivi medici soggetti a carichi più pesanti di solito non vengono prodotti utilizzando questa tecnica di stampa 3D perché i vuoti tra gli strati di plastica sono abbastanza comuni in essi.
Tuttavia, la SLS è anche un processo di stampa 3D in cui è possibile produrre dispositivi geometrici complessi utilizzando la plastica. Questo metodo è particolarmente adatto per sottosquadri e strutture interne con pareti più sottili. La finitura è grezza, ma le linee dei livelli sono ancora poco visibili.
I dispositivi medici prodotti con la stampa 3D SLS includono nylon 11 e 12 e TPU per la loro flessibilità e resistenza agli urti.
1.2 Stampa 3D in resina
La stampa 3D in resina, nota anche come stampa 3D SLA, può produrre parti più precise con elevata precisione e risoluzione. La superficie creata dalla stampa 3D in resina è la più liscia rispetto agli altri tipi di stampa 3D.
Pertanto, la stampa 3D in resina ha molto successo per la maggior parte dei dispositivi medici perché non c’è spazio per la negligenza medica per quanto riguarda l’accuratezza e la perfezione.
I dispositivi medici che necessitano di tolleranze strette e superfici lisce sono solitamente realizzati con la stampa 3D. È un processo ideale per la produzione di parti funzionali, che possono essere lucidate dopo la stampa.
L'orientamento del legame chimico tra gli strati delle parti prodotte è altamente coerente; quindi, anche la forza di questi dispositivi è encomiabile. Pertanto, le apparecchiature mediche e i prototipi funzionali utilizzati in medicina sono solitamente realizzati tramite resina.
Le resine mediche e dentali vengono generalmente utilizzate per i dispositivi medici poiché sono resine biocompatibili e producono molteplici apparecchi dentali e medici. Gli apparecchi medici comunemente prodotti sono protesi dentarie, guide chirurgiche e protesi.
1.3 Stampa 3D in metallo
La stampa 3D in metallo è anche una delle forme più comuni di stampa 3D, che si basa su diversi metodi. Le stampanti FDM in metallo sono stampanti tradizionali che utilizzano aste metalliche per eseguire la stampa.
D’altra parte, anche SLM e DMLS sono due tipi di stampanti 3D uguali a SLS, ma utilizzano poteri metallici che vengono fusi strato dopo strato per creare il prototipo medico richiesto.
Le stampanti 3D SLS e DMLS possono creare parti estremamente precise, orientate alla resistenza e adatte anche a parti mediche complesse. Pertanto, questi sono altamente adatti per applicazioni mediche.
Le polveri metalliche utilizzate sono titanio, alluminio, acciaio inossidabile e acciaio per utensili a causa della loro durata, resistenza ai graffi e altre proprietà resistive.
1.4 Stampa 3D a colori
Considerando la stampa 3D a colori, è possibile produrre parti multicolori. Questo tipo di stampa viene effettuata tramite stampanti colorjet, e l'oggetto viene realizzato strato dopo strato attraverso la stampa.
Anche più dispositivi medici colorati sono sottoposti a questo tipo di stampa come processo di produzione additiva; è molto economico e aiuta a ridurre gli sprechi.
2.Vantaggi della stampa 3D
Esistono molteplici vantaggi della stampa 3D per ogni applicazione e, anche nel settore medico, le tecniche di stampa 3D si rivelano estremamente utili e alcuni dei vantaggi comuni sono i seguenti:
Flessibilità nel design
La stampa 3D è una delle tecniche di stampa più flessibili rispetto ai metodi tradizionali. La stampa 3D porta alla creazione di progetti flessibili con molteplici opzioni di materiali. In medicina esistono diversi tipi di dispositivi medici, ciascuno con le proprie esigenze e, grazie alla versatilità di questo metodo, la produzione di questi dispositivi medici è più semplice.
La stampa 3D è un processo che può essere eseguito in poche ore, quindi se è necessario un dispositivo medico, la parte può essere prodotta immediatamente. La lavorazione richiede ancora tempo ed è costosa, mentre la stampa 3D è uno dei metodi più rapidi.
Aiuta a evitare un eccesso di scorte
La stampa 3D funziona con la modalità print on demand, ciò significa che non è necessario accumulare scorte di dispositivi medici, ma è possibile realizzarli in brevissimo tempo. Avendo un inventario meno eccessivo, è possibile risparmiare molto spazio.
Parti leggere e orientate alla resistenza
La stampa 3D è nota per la produzione di parti di alta qualità utilizzate in diverse applicazioni. È molto adatto per il campo della medicina perché può aiutare a produrre la maggior parte dei dispositivi medici che necessitano di resistenza sufficiente ma sono leggeri.
3.Trattamento superficiale delle parti stampate in 3D
Anche le parti stampate in 3D dopo la produzione necessitano di un trattamento superficiale aggiuntivo per una superficie più liscia a seconda della disposizione dell'oggetto e del tipo di materiale utilizzato per la produzione. Esistono diversi modi in cui potrebbe essere effettuato il trattamento superficiale di queste parti, alcuni di questi sono i seguenti:
carteggiatura
La levigatura è un metodo molto popolare attraverso il quale è possibile rifinire le parti stampate in 3D. È uno dei processi di base in cui la carta vetrata viene strofinata contro l'oggetto in un'area in cui la superficie è ruvida. Se l'oggetto presenta imperfezioni e spigoli vivi, è possibile smussarli.
La tecnica di levigatura è molto economica e adatta alla maggior parte dei materiali, inoltre esistono diverse dimensioni in cui viene fornita la carta vetrata e possono essere scelte in base alle dimensioni dell'oggetto.
lavorazione a macchina
La stampa 3D può essere inoltre dotata di lavorazione CNC. Una volta che l'oggetto è stato prodotto tramite la stampa 3D, può essere rifinito tramite lavorazione CNC. Per avere una finitura superficiale fine è possibile eseguire la lavorazione e la rettifica dell'oggetto.
Questo metodo di trattamento superficiale è ideale per oggetti che necessitano di una tolleranza stretta e possono raggiungere aree profonde e difficili da raggiungere per scopi di finitura.
Granigliatura di perle
Uno dei metodi più diffusi di finitura superficiale è la stampa 3D. Questo processo prevede l'utilizzo di perle di plastica o di vetro che, quando colpiscono la superficie ruvida, la levigano e appiattiscono tutte le imperfezioni.
Rispetto alla levigatura, la sabbiatura è un metodo rapido e quindi aiuta a levigare le aree inaccessibili.
Placcatura
La placcatura prevede l'applicazione di un sottile strato di metallo sulla superficie dell'oggetto prodotto tramite stampa 3D utilizzando un circuito elettrico.
I vantaggi derivanti dalla scelta di questo metodo di trattamento superficiale sono molteplici. Aiuta a migliorare le proprietà del materiale dell'oggetto poiché le parti in plastica sono soggette a rottura e, se placcate in modo appropriato, la loro durata e resistenza all'usura possono essere migliorate.
La pittura
La verniciatura è un altro processo molto semplice che aiuta a migliorare l'aspetto degli oggetti in pochissimo tempo. Aiuta a levigare la superficie e a riempire gli spazi vuoti e, in una certa misura, aiuta anche nel processo di sigillatura dell'oggetto.
4.Il mercato della stampa 3D nel settore sanitario
Il mercato della stampa 3D nel settore sanitario è in costante crescita. I progressi tecnologici hanno portato il settore medico a investire in ricerca e sviluppo. Con l’aumento del numero di pazienti, anche le applicazioni biomediche guidano la crescita del mercato della stampa 3D.
Nell'anno 2020, la valutazione di la dimensione del mercato della stampa 3D nel settore sanitario settore è stato di 1036.58 milioni di dollari. Tuttavia, si prevede che raggiungerà i 5,846.74 dollari nel 2030, portando a un aumento del CAGR del 20.10% dal 2021 al 2030.
5.Materiali per la stampa 3D di prototipazione medica?
Diversi materiali vengono utilizzati nella stampa 3D quando si tratta di prototipazione medica e alcuni di questi materiali sono discussi di seguito:
Acido polilattico
Il PLA è una forma di plastica molto popolare con la stampa 3D FDM. È conveniente e molto facile da lavorare quando si tratta di stampa e offre biodegradabilità. Utilizzando stampanti PLA e 3D, durante il COVID-19 sono stati persino creati ventilatori funzionanti per aiutare a curare i pazienti da parte di professionisti medici e ingegneri. Viene utilizzato anche in molti dispositivi ortopedici, come placche, perni di fissaggio, viti e impalcature ossee.
Acrilonitrile butadiene stirene (ABS)
L'ABS è anche una forma di plastica utilizzata nella stampa 3D, ed è un materiale molto leggero e resistente che può essere fuso in forma liquida e poi risultare solido una volta raffreddato. Viene utilizzato nel settore medico per la realizzazione di modelli utilizzati in interventi chirurgici, protesi e corsetti ortopedici.
Polietereterchetone
PEEK è un termostato ad alte prestazioni che offre resistenza agli agenti chimici e ha proprietà meccaniche senza soluzione di continuità. In molti casi viene utilizzato al posto dei metalli e ha molte applicazioni mediche che consistono in impianti e dispositivi medici personalizzati.
Titanio
Il titanio è un tipo di metallo comunemente usato nella stampa 3D e, quando si tratta del settore medico, viene utilizzato per la produzione di strumenti chirurgici e protesi articolari. Molti impianti come anca, ginocchio e colonna vertebrale sono realizzati utilizzando il titanio nella stampa 3D per le loro eccellenti proprietà meccaniche e biocompatibilità.
Glicole polietilenico
Il PEG è una forma di plastica utilizzata nella stampa 3D e presenta caratteristiche biochimiche che lo rendono adatto al settore medico. Viene utilizzato per creare cartilagine, ossa e tessuti vascolari utilizzando la stampa 3D.
6.Come funziona la stampa 3D nella prototipazione medica?
La stampa 3D funziona in diversi modi per lo sviluppo di vari dispositivi medici quando si tratta di prototipazione medica, e alcuni di questi sono discussi di seguito:
6.1 Stampa 3D Impianti personalizzati
La stampa di impianti personalizzati comprenderà un metodo seguito per il processo di stampa 3D e comprende i seguenti passaggi:
- Attraverso una TAC o qualsiasi altro metodo di immagine e modellazione, viene creato il modello 3D del sito implantare in modo che l'impianto possa essere progettato di conseguenza.
- Il medico progetta digitalmente l'impianto in base alla personalizzazione in base all'anatomia del paziente che si adatta a lui.
- Di solito, quando si tratta di stampare un impianto personalizzato si scelgono materiali biocompatibili; per questo il materiale scelto viene introdotto nella stampante.
- La stampante stampa l'oggetto strato dopo strato e, una volta pronto, l'impianto può essere sottoposto a un ulteriore processo che aiuta a migliorarne le proprietà, quindi vengono eseguiti i controlli di qualità.
- Una volta finalizzato l'impianto, avviene la sterilizzazione e l'impianto viene impiantato chirurgicamente per il paziente.
6.2 Stampa 3D per la prototipazione di dispositivi medici
La stampa 3D per la prototipazione di dispositivi medici comprende le fasi seguenti:
- I concetti sono stati inizialmente creati utilizzando il software CAD per dispositivi medici.
- Una volta pronti i concetti e i progetti, viene effettuata la stampa 3D, che tende a creare prototipi fisici.
- Il prototipo del dispositivo medico viene quindi sottoposto al processo di test in cui vengono testate la sicurezza, l'ergonomia e la funzionalità del dispositivo.
6.3 Stampa 3D per dispositivi e protesi personalizzati
Per eseguire la stampa 3D per dispositivi e protesi personalizzati, vengono seguiti i passaggi indicati di seguito:
Vengono innanzitutto ottenute scansioni 3D in modo da poter comprendere l'anatomia e i requisiti dei dispositivi e delle protesi e poter valutare le misurazioni.
Dopo che i dati sono stati ottenuti, queste protesi vengono progettate su misura.
Una volta che il progetto è pronto, vengono utilizzati i materiali biocompatibili e la stampa 3D per questi dispositivi viene eseguita strato dopo strato.
I dispositivi prodotti vengono poi sottoposti a test e, se necessario, vengono apportate modifiche per garantire la perfezione della loro funzionalità e vestibilità.
7.Come ottenere servizi di stampa 3D?
Dopo aver letto l’articolo sopra, ora devi essere ben consapevole di tutto ciò che riguarda la stampa 3D in campo medico e i relativi materiali utilizzati per la produzione.
I servizi di stampa 3D per la produzione di dispositivi medici sono altamente specializzati. L’efficienza e la qualità dei dispositivi medici non possono essere trascurate. Pertanto, quando si sceglie il fornitore di servizi giusto, AN-Prototype dovrebbe essere il punto di riferimento.
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