3D-printen biedt meerdere oplossingen voor de ontwikkeling van medische hulpmiddelen, aangezien het vakgebied in de loop van de tijd evolueert. 3D-printen heeft de gezondheidszorg geholpen om belangrijke medische hulpmiddelen en apparaten tegen relatief minder kosten en tijd op de markt te brengen.
In deze gids hieronder leert u hoe 3D-printen de medische industrie heeft helpen evolueren en hoe het nuttig blijkt te zijn bij medische prototyping. Dus laten we hieronder lezen.
3d printen, ook wel bekend als additive manufacturing, helpt bij het vervaardigen van een solide object met 3 dimensies. Bij dit proces worden lagen van het materiaal na elkaar afgezet, zodat er een object ontstaat. Er wordt waargenomen dat deze lagen een fijn gesneden dwarsdoorsnede van het vervaardigde voorwerp hebben.
3D-printen is het tegenovergestelde proces van subtractieve productie, waarbij het materiaal wordt gesneden. In plaats daarvan is er bij 3D-printen geen sprake van snijden en frezen voorkomen; in plaats daarvan wordt het materiaal laag na laag toegevoegd om een gewenst doel te bereiken.
Met 3D-printen kunnen vormen met complexe texturen worden gemaakt, en in vergelijking met andere methoden is het geschikter omdat er minder materiaal wordt gebruikt.
1.1 Kunststof 3D-printen
Plastic 3D-printen is een van de meest voorkomende methoden die worden gebruikt bij het vervaardigen van 3D-geprinte objecten. Deze techniek helpt bij het vervaardigen van producten op medisch gebied die eenvoudig en goedkoop zijn. Dergelijke onderdelen kunnen ook machinaal worden bewerkt, maar toch verdient het de voorkeur om ze via 3D-printen te laten vervaardigen.
De verschillende soorten kunststoffen die worden gebruikt bij het 3D-printen van plastic omvatten ABS, PLA, nylon, TPU, PETG, HIPS, PVA, enz. Elk type plastic heeft zijn eigen kwaliteit en eigenschappen. Sommige zijn flexibel, andere zijn bestand tegen slijtage en sommige zijn waterdicht.
Plastic 3D-printen biedt minder nauwkeurigheid op consumentenniveau. Via dit proces kunnen echter medische basisapparaten worden vervaardigd met eenvoudige ontwerpen.
Ook wordt er meestal niet voor gekozen om medische apparaten die aan zwaardere belastingen worden blootgesteld, te vervaardigen met deze techniek van 3D-printen, omdat de holtes tussen de lagen plastic daar vrij gebruikelijk zijn.
De SLS is echter ook een proces van 3D-printen waarbij complexe geometrische apparaten kunnen worden vervaardigd met behulp van kunststoffen. Deze methode is zeer geschikt voor ondersnijdingen en binnenstructuren met dunnere wanden. De afwerking is ruw, maar de laaglijnen zijn nog niet goed zichtbaar.
Medische apparaten vervaardigd onder SLS 3D-printen omvatten nylon 11 en 12 en TPU vanwege hun flexibiliteit en slagvastheid.
1.2 Hars 3D-printen
Hars 3D-printen, ook wel SLA 3D-printen genoemd, kan de meest nauwkeurige onderdelen produceren met een hoge nauwkeurigheid en resolutie. Het oppervlak gecreëerd door 3D-printen met hars is het gladst in vergelijking met de andere 3D-printtypen.
Daarom is 3D-printen met hars zeer succesvol voor de meeste medische apparaten, omdat er geen ruimte is voor medische nalatigheid met betrekking tot nauwkeurigheid en perfectie.
Medische apparaten die nauwe toleranties en gladde oppervlakken nodig hebben, worden meestal gemaakt met 3D-printen. Het is een ideaal proces voor het vervaardigen van de functionele onderdelen, die na het printen gepolijst kunnen worden.
De oriëntatie van de chemische binding tussen de lagen van de geproduceerde onderdelen is zeer consistent; daarom is de kracht van deze apparaten ook lovenswaardig. Daarom worden medische armaturen en functionele prototypes die in de geneeskunde worden gebruikt meestal vervaardigd uit hars.
Medische en tandheelkundige harsen worden doorgaans gebruikt voor medische apparaten, omdat dit biocompatibele harsen zijn en meerdere tandheelkundige en medische apparaten produceren. De algemeen vervaardigde medische hulpmiddelen zijn kunstgebitten, chirurgische geleiders en prothesen.
1.3 Metaal 3D-printen
Metaal 3D-printen is ook een van de meest voorkomende vormen van 3D-printen, die op verschillende methoden is gebaseerd. De metalen FDM-printers zijn traditionele printers die metalen staven gebruiken om het printen uit te voeren.
Aan de andere kant zijn de SLM en DMLS ook twee soorten 3D-printers die hetzelfde zijn als SLS, maar ze gebruiken metalen krachten die laag voor laag worden versmolten om het vereiste medische prototype te creëren.
De SLS- en DMLS 3D-printers kunnen zeer nauwkeurig, op sterkte gericht en zelfs geschikt voor complexe medische onderdelen creëren. Daarom zijn deze zeer geschikt voor medische toepassingen.
De gebruikte metaalpoeders zijn titanium, aluminium, roestvrij staal en gereedschapsstaal vanwege hun duurzaamheid, krasbestendigheid en andere resistieve eigenschappen.
1.4 3D-printen in kleur
Door 3D-printen in kleur te overwegen, kunnen veelkleurige onderdelen worden vervaardigd. Dit soort afdrukken wordt uitgevoerd via colorjetprinters en het object wordt laag voor laag vervaardigd door middel van afdrukken.
Meerdere gekleurde medische apparaten worden ook onderworpen aan dit soort bedrukking als additief productieproces; het is zeer zuinig en helpt afval te verminderen.
2. Voordelen van 3D-printen
Er zijn meerdere voordelen van 3D-printen voor elke toepassing, en ook in de medische industrie blijken de 3D-printtechnieken zeer nuttig te zijn, en enkele van de gemeenschappelijke voordelen zijn als volgt:
Flexibiliteit in ontwerp
3D-printen is een van de meest flexibele printtechnieken vergeleken met de traditionele methoden. 3D-printen leidt tot het creëren van flexibele ontwerpen met meerdere materiaalopties. In de geneeskunde zijn er verschillende soorten medische hulpmiddelen, die elk hun eigen vereisten hebben, en vanwege de veelzijdigheid van deze methode is de vervaardiging van deze medische hulpmiddelen eenvoudiger.
3D-printen is een proces dat binnen enkele uren kan worden uitgevoerd, dus als er een medisch hulpmiddel nodig is, kan het onderdeel onmiddellijk worden vervaardigd. Het machinaal bewerken kost nog steeds tijd en is duur, terwijl 3D-printen een van de snelste methoden is.
Helpt overbevoorrading te voorkomen
3D-printen werkt volgens de methode print on demand, dit betekent dat u geen voorraad medische hulpmiddelen hoeft aan te leggen, maar dat u deze binnen een mum van tijd kunt laten vervaardigen. Door minder overtollige voorraad te hebben, kan er veel ruimte worden bespaard.
Op kracht gerichte en lichtgewicht onderdelen
3D-printen staat bekend om het produceren van hoogwaardige onderdelen die in verschillende toepassingen worden gebruikt. Het is zeer geschikt voor de geneeskunde, omdat het kan helpen bij de vervaardiging van de meeste medische apparaten die voldoende kracht nodig hebben en toch licht van gewicht zijn.
3. Oppervlaktebehandeling van 3D-geprinte onderdelen
3D-geprinte onderdelen hebben na productie ook een extra oppervlaktebehandeling nodig voor een gladder oppervlak, afhankelijk van de lay-out van het object en het soort materiaal dat wordt gebruikt voor de productie ervan. Er zijn verschillende manieren waarop de oppervlaktebehandeling van deze onderdelen kan worden uitgevoerd, en sommige daarvan zijn als volgt:
schuren
Schuren is een zeer populaire methode waarmee de 3D-geprinte onderdelen kunnen worden afgewerkt. Het is een van de basisprocessen waarbij schuurpapier tegen het object wordt gewreven op een plek waar het oppervlak ruw is. Als het object onvolkomenheden en scherpe hoeken vertoont, kunnen deze worden gladgestreken.
De schuurtechniek is zeer kosteneffectief en geschikt voor de meeste materialen, en er zijn meerdere maten waarin het schuurpapier wordt geleverd en kan worden gekozen op basis van de grootte van het object.
Machining
3D-printen kan verder worden uitgerust met CNC-bewerking. Zodra het object door middel van 3D-printen is vervaardigd, kan het worden afgewerkt door middel van CNC-bewerking. Om een fijne oppervlakteafwerking te verkrijgen, kan het voorwerp machinaal worden bewerkt en geslepen.
Deze oppervlaktebehandelingsmethode is bij uitstek geschikt voor objecten die nauwe toleranties vereisen en gebieden kunnen bereiken die diep en moeilijk te bereiken zijn voor afwerkingsdoeleinden.
Bead Stralen
Een van de populaire methoden voor oppervlakteafwerking is 3D-printen. Bij dit proces worden plastic of glaskralen gebruikt, en wanneer ze op het ruwe oppervlak terechtkomen, worden deze gladgestreken en worden alle onvolkomenheden gladgestreken.
Vergeleken met schuren is parelstralen een snelle methode en helpt daarom bij het gladstrijken van de ontoegankelijke plekken.
Plating
Bij plateren wordt een dunne metalen laag op het oppervlak van het object aangebracht, vervaardigd door middel van 3D-printen met behulp van een elektrisch circuit.
Er zijn meerdere voordelen verbonden aan het kiezen voor deze methode van oppervlaktebehandeling. Het helpt de materiaaleigenschappen van het object te verbeteren, aangezien de plastic onderdelen gevoelig zijn voor breuk, en als ze op de juiste manier worden geplateerd, kunnen hun duurzaamheid en slijtvastheid worden verbeterd.
Schilderwerk
Schilderen is een ander zeer eenvoudig proces dat het uiterlijk van de objecten in een mum van tijd helpt verbeteren. Het helpt het oppervlak glad te maken en de gaten op te vullen, en tot op zekere hoogte helpt het zelfs bij het afdichtingsproces van het object.
4.De markt voor 3D-printen in de gezondheidszorg
De markt voor 3D-printen in de gezondheidszorg groeit gestaag. De technologische vooruitgang heeft de medische sector ertoe aangezet te investeren in onderzoek en ontwikkeling. Naarmate het aantal patiënten toeneemt, groeien ook de biomedische toepassingen die de marktgroei van 3D-printen stimuleren.
In het jaar 2020 is de waardering van de marktomvang van 3D-printen in de gezondheidszorg sector bedroeg $ 1036.58 miljoen. Er wordt echter verwacht dat deze in 5,846.74 $2030 zal bereiken, wat zal leiden tot een stijging van de CAGR van 20.10 procent tussen 2021 en 2030.
5.Materialen voor 3D-printen Medische prototypes?
Bij het 3D-printen worden verschillende materialen gebruikt als het gaat om medische prototyping, en enkele van deze materialen worden hieronder besproken:
Polymelkzuur
PLA is een vorm van plastic die zeer populair is bij FDM 3D-printen. Het is betaalbaar en zeer gemakkelijk om mee te werken als het om printen gaat en biedt biologische afbreekbaarheid. Met behulp van PLA- en 3D-printers werden tijdens COVID-19 zelfs werkende ventilatoren gemaakt om patiënten door medische professionals en ingenieurs te helpen behandelen. Het wordt ook gebruikt in veel orthopedische apparaten, zoals platen, fixatiepennen, schroeven en botsteigers.
Acrylonitril-butadieen-styreen (ABS)
ABS is ook een vorm van plastic die wordt gebruikt bij 3D-printen, en het is een zeer lichtgewicht en sterk materiaal dat in vloeibare vorm kan worden gesmolten en bij afkoeling een vaste stof blijkt te zijn. Het wordt in de medische sector gebruikt voor de vervaardiging van modellen die worden gebruikt in operaties, prothesen en orthopedische korsetten.
Polyetheretherketon
PEEK is een hoogpresterende thermostaat die bestand is tegen chemicaliën en naadloze mechanische eigenschappen heeft. Het wordt in veel gevallen gebruikt in plaats van metalen en kent veel medische toepassingen die bestaan uit implantaten en op maat gemaakte medische hulpmiddelen.
Titanium
Titanium is een veelgebruikt soort metaal bij 3D-printen en als het om de medische sector gaat, wordt het gebruikt voor de productie van chirurgische instrumenten en gewrichtsvervangingen. Veel implantaten zoals heup, knie en wervelkolom worden bij 3D-printen vervaardigd met behulp van titanium vanwege hun uitstekende mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit.
Polyethyleenglycol
PEG is een vorm van plastic die wordt gebruikt bij 3D-printen en heeft biochemische eigenschappen die het geschikt maken voor de medische sector. Het wordt gebruikt voor het maken van kraakbeen-, bot- en vaatweefsel met behulp van 3D-printen.
6.Hoe werkt 3D-printen bij medische prototyping?
3D-printen werkt op verschillende manieren voor de ontwikkeling van uiteenlopende medische apparaten als het gaat om medische prototyping, en enkele daarvan worden hieronder besproken:
6.1 Aangepaste implantaten 3D-printen
Het printen van op maat gemaakte implantaten omvat een methode die wordt gevolgd voor het proces van 3D-printen, en omvat de volgende stappen:
- Door middel van een CT-scan of een andere beeld- en modelleringsmethode wordt het 3D-model van de implantatieplaats gemaakt, zodat het implantaat dienovereenkomstig kan worden ontworpen.
- De arts ontwerpt het implantaat digitaal op basis van het maatwerk, afhankelijk van de anatomie van de patiënt die bij hem of haar past.
- Meestal wordt er gekozen voor biocompatibele materialen als het gaat om het printen van een op maat gemaakt implantaat; hiervoor wordt het gekozen materiaal in de printer geïntroduceerd.
- De printer drukt het object laag voor laag af en nadat het implantaat klaar is, kan het nog een proces ondergaan dat helpt de eigenschappen ervan te verbeteren, waarna er kwaliteitscontroles worden uitgevoerd.
- Zodra het implantaat is voltooid, vindt sterilisatie plaats en wordt het operatief bij de patiënt geïmplanteerd.
6.2 3D-printen voor het maken van prototypen van medische apparatuur
3D-printen voor het maken van prototypen van medische apparaten omvat de onderstaande fasen:
- De concepten zijn voor het eerst gemaakt met behulp van CAD-software voor medische apparatuur.
- Zodra de concepten en ontwerpen klaar zijn, wordt er 3D-printen uitgevoerd, waarbij meestal fysieke prototypes worden gemaakt.
- Het prototype van het medische apparaat doorloopt vervolgens het testproces waarin de veiligheid, ergonomie en functionaliteit van het apparaat worden getest.
6.3 3D-printen voor aangepaste apparaten en protheses
Om het 3D-printen voor op maat gemaakte apparaten en protheses uit te voeren, worden de onderstaande stappen gevolgd:
Er worden eerst 3D-scans gemaakt, zodat de anatomie en vereisten van de apparaten en prothesen kunnen worden begrepen en metingen kunnen worden beoordeeld.
Nadat de gegevens zijn verkregen, worden deze prothesen op maat ontworpen.
Zodra het ontwerp klaar is, worden de biocompatibele materialen gebruikt en wordt het 3D-printen voor deze apparaten laag voor laag uitgevoerd.
De vervaardigde apparaten worden vervolgens getest en indien nodig worden wijzigingen aangebracht om de perfectie van hun functie en pasvorm te garanderen.
7. Hoe krijg ik 3D-printdiensten?
Nu u bovenstaand artikel heeft doorgenomen, moet u nu goed op de hoogte zijn van alles wat met 3D-printen op medisch gebied te maken heeft en de relevante materialen die bij de productie worden gebruikt.
3D-printdiensten voor de productie van medische apparatuur zijn zeer gespecialiseerd. De efficiëntie en kwaliteit van de medische hulpmiddelen laten geen ruimte voor nalatigheid. Daarom moet AN-Prototype uw favoriete plek zijn bij het kiezen van de juiste dienstverlener.
Wij van AN-prototype Bied onze klanten altijd snelle doorlooptijden, producten van hoge kwaliteit en betaalbare kosten. Neem daarom vandaag nog contact met ons op voor uw offerte.