Druk 3D oferuje wiele rozwiązań w zakresie rozwoju wyrobów medycznych, ponieważ dziedzina ta ewoluuje z biegiem czasu. Druk 3D pomógł branży opieki zdrowotnej wprowadzić na rynek ważne narzędzia i urządzenia medyczne po stosunkowo niższych kosztach i czasie.
Z poniższego przewodnika dowiesz się, jak druk 3D pomógł w ewolucji branży medycznej i jak okazuje się pomocny w prototypowanie medyczne. Przeczytajmy więc poniżej.
drukowanie 3d, znane również jako wytwarzanie przyrostowe, pomaga wyprodukować solidny przedmiot o 3 wymiarach. W tym procesie warstwy materiału są nakładane jedna po drugiej, tworząc obiekt. Zaobserwowano, że warstwy te mają drobno pocięty przekrój poprzeczny wytwarzanego przedmiotu.
Druk 3D to proces odwrotny do procesu wytwarzania subtraktywnego, w którym materiał jest cięty. Zamiast tego, w druku 3D, bez cięcia i przemiał zdarzać się; raczej materiał jest dodawany warstwa po warstwie, aby osiągnąć pożądany obiekt.
Druk 3D pozwala na tworzenie kształtów o skomplikowanych teksturach i w porównaniu do innych metod jest bardziej odpowiedni, ponieważ zużywa mniej materiału.
1.1 Druk 3D z tworzyw sztucznych
Druk 3D z tworzyw sztucznych jest jedną z bardzo powszechnych metod stosowanych przy wytwarzaniu obiektów drukowanych 3D. Technika ta pomaga w wytwarzaniu produktów w dziedzinie medycyny, które są proste i tanie. Takie części można również poddać obróbce mechanicznej, ale nadal preferowane jest wytwarzanie ich poprzez druk 3D.
Różne rodzaje tworzyw sztucznych stosowanych w druku 3D z tworzyw sztucznych obejmują ABS, PLA, nylon, TPU, PETG, HIPS, PVA itp. Każdy rodzaj plastiku ma swoją jakość i cechy. Niektóre są elastyczne, inne są odporne na zużycie, a jeszcze inne są wodoodporne.
Druk 3D z tworzyw sztucznych oferuje mniejszą dokładność na poziomie konsumenta. Jednakże w tym procesie można wytwarzać podstawowe urządzenia medyczne o prostych konstrukcjach.
Również wyroby medyczne poddawane większym obciążeniom zwykle nie są wybierane przy użyciu tej techniki druku 3D, ponieważ dość często występują w nich puste przestrzenie pomiędzy warstwami tworzywa sztucznego.
Jednak SLS to także proces drukowania 3D, w którym można wytwarzać złożone urządzenia geometryczne przy użyciu tworzyw sztucznych. Ta metoda doskonale nadaje się do podcięć i tekstur wewnętrznych o cieńszych ścianach. Wykończenie jest szorstkie, ale linie warstw nadal nie są zbyt widoczne.
Wyroby medyczne produkowane w technologii druku 3D SLS obejmują nylon 11 i 12 oraz TPU ze względu na ich elastyczność i odporność na uderzenia.
1.2 Druk 3D z żywicy
Druk 3D z żywicy, znany również jako druk 3D SLA, może wytwarzać najdokładniejsze części z dużą dokładnością i rozdzielczością. Powierzchnia utworzona przez druk 3D z żywicy jest najgładsza w porównaniu do innych rodzajów druku 3D.
Dlatego druk 3D z żywicy jest bardzo skuteczny w przypadku większości wyrobów medycznych, ponieważ nie ma miejsca na zaniedbania medyczne dotyczące dokładności i perfekcji.
Wyroby medyczne wymagające ścisłej tolerancji i gładkich powierzchni są zwykle wykonywane przy użyciu druku 3D. Jest to idealny proces wytwarzania części funkcjonalnych, które po wydrukowaniu można wypolerować.
Orientacja wiązania chemicznego pomiędzy warstwami wytwarzanych części jest wysoce spójna; dlatego też wytrzymałość tych urządzeń jest również godna pochwały. Dlatego armatura medyczna i prototypy funkcjonalne stosowane w medycynie są zwykle wytwarzane z żywicy.
Żywice medyczne i dentystyczne są zwykle stosowane w urządzeniach medycznych, ponieważ są żywicami biokompatybilnymi i można z nich wytwarzać wiele urządzeń dentystycznych i medycznych. Powszechnie produkowanymi urządzeniami medycznymi są protezy, prowadnice chirurgiczne i protetyka.
1.3 Druk 3D w metalu
Druk 3D z metalu jest również jedną z powszechnych form druku 3D, która opiera się na różnych metodach. Drukarki metalowe FDM to tradycyjne drukarki, które do drukowania wykorzystują metalowe pręty.
Z drugiej strony SLM i DMLS to także dwa rodzaje drukarek 3D, które są takie same jak SLS, ale wykorzystują moce metalu, które są stapiane warstwa po warstwie, aby stworzyć wymagany prototyp medyczny.
Drukarki 3D SLS i DMLS mogą tworzyć bardzo dokładne, zorientowane na wytrzymałość, a nawet odpowiednie dla skomplikowanych części medycznych. Dlatego nadają się one do zastosowań medycznych.
Stosowane proszki metali to tytan, aluminium, stal nierdzewna i stal narzędziowa ze względu na ich trwałość, odporność na zarysowania i inne właściwości rezystywne.
1.4 Kolorowy druk 3D
Biorąc pod uwagę kolorowy druk 3D, można wytwarzać wielokolorowe części. Ten rodzaj druku wykonywany jest za pomocą drukarek colorjet, a obiekt wytwarzany jest warstwa po warstwie poprzez druk.
Wiele kolorowych wyrobów medycznych również poddaje się temu rodzajowi drukowania w ramach procesu wytwarzania przyrostowego; jest bardzo ekonomiczny i pomaga zmniejszyć ilość odpadów.
2.Zalety druku 3D
Druk 3D ma wiele zalet w każdym zastosowaniu, a także w branży medycznej techniki druku 3D okazują się bardzo pomocne, a niektóre z typowych zalet są następujące:
Elastyczność w projektowaniu
Druk 3D to jedna z najbardziej elastycznych technik druku w porównaniu do metod tradycyjnych. Druk 3D pozwala na tworzenie elastycznych projektów z wieloma opcjami materiałowymi. W medycynie istnieją różne rodzaje wyrobów medycznych, każdy ma swoje własne wymagania, a dzięki uniwersalności tej metody produkcja tych wyrobów medycznych jest łatwiejsza.
Druk 3D to proces, który można przeprowadzić w ciągu kilku godzin, więc jeśli potrzebne jest jakieś urządzenie medyczne, część można wyprodukować natychmiast. Obróbka skrawaniem nadal wymaga czasu i jest kosztowna, a druk 3D jest jedną z najszybszych metod.
Pomaga uniknąć nadmiernego magazynowania
Druk 3D działa metodą druku na żądanie, co oznacza, że nie ma konieczności gromadzenia zapasów wyrobów medycznych, a wręcz przeciwnie, można je wyprodukować w mgnieniu oka. Dzięki zmniejszeniu nadmiernych zapasów można zaoszczędzić dużo miejsca.
Części zorientowane na wytrzymałość i lekkie
Druk 3D znany jest z wytwarzania wysokiej jakości części wykorzystywanych w różnych zastosowaniach. Jest bardzo odpowiedni w medycynie, ponieważ może pomóc w produkcji większości wyrobów medycznych, które wymagają wystarczającej wytrzymałości, a jednocześnie są lekkie.
3. Obróbka powierzchni części drukowanych w 3D
Części drukowane 3D po wyprodukowaniu również wymagają dodatkowej obróbki powierzchni, aby uzyskać gładszą powierzchnię, w zależności od układu obiektu i rodzaju materiału użytego do jego produkcji. Istnieją różne sposoby obróbki powierzchni tych części, a niektóre z nich są następujące:
Szlifowanie
Szlifowanie jest bardzo popularną metodą wykańczania części wydrukowanych w 3D. Jest to jeden z podstawowych procesów polegający na pocieraniu papieru ściernego o przedmiot w miejscu, gdzie powierzchnia jest chropowata. Jeśli obiekt ma jakieś niedoskonałości i ostre rogi, można je wygładzić.
Technika szlifowania jest bardzo opłacalna i odpowiednia dla większości materiałów, a papier ścierny dostępny jest w wielu rozmiarach, które można wybrać w zależności od rozmiaru przedmiotu.
Obróbka metalu
Druk 3D można dodatkowo wyposażyć w obróbkę CNC. Gdy obiekt zostanie wyprodukowany poprzez druk 3D, można go wykończyć poprzez obróbkę CNC. Aby uzyskać dokładne wykończenie powierzchni, można przeprowadzić obróbkę i szlifowanie obiektu.
Ta metoda obróbki powierzchni idealnie nadaje się do obiektów wymagających wąskiej tolerancji i może dotrzeć do obszarów głębokich i trudno dostępnych w celu wykończenia.
Piaskowanie
Jedną z popularnych metod uszlachetniania powierzchni jest druk 3D. Proces ten polega na użyciu koralików plastikowych lub szklanych, które uderzając w chropowatą powierzchnię, wygładzają ją i wyrównują wszelkie niedoskonałości.
W porównaniu do szlifowania, śrutowanie jest metodą szybką i dzięki temu pomaga w wygładzeniu niedostępnych obszarów.
Platerowanie
Platerowanie polega na nałożeniu cienkiej metalicznej powłoki na powierzchnię przedmiotu powstałą w wyniku druku 3D przy użyciu obwodu elektrycznego.
Wybór tej metody obróbki powierzchni niesie ze sobą wiele korzyści. Pomaga poprawić właściwości materiałowe przedmiotu, ponieważ części z tworzyw sztucznych są podatne na pękanie, a odpowiednie platerowanie może poprawić ich trwałość i odporność na zużycie.
Obraz
Malowanie to kolejny bardzo prosty proces, który pozwala w krótkim czasie poprawić wygląd obiektów. Pomaga wygładzić powierzchnię i wypełnić szczeliny, a w pewnym stopniu nawet pomaga w procesie uszczelniania przedmiotu.
4.Rynek druku 3D w służbie zdrowia
Rynek druku 3D w sektorze opieki zdrowotnej stale rośnie. Postęp technologiczny skłonił sektor medyczny do inwestowania w badania i rozwój. Wraz ze wzrostem liczby pacjentów rosną także zastosowania biomedyczne, które napędzają rozwój rynku druku 3D.
W roku 2020 wycena wielkość rynku druku 3D w opiece zdrowotnej sektor wyniósł 1036.58 mln dolarów. Oczekuje się jednak, że w roku 5,846.74 osiągnie poziom 2030 USD, co doprowadzi do wzrostu CAGR o 20.10 procent w latach 2021–2030.
5.Materiały do druku 3D Prototypowanie medyczne?
Jeśli chodzi o prototypowanie medyczne, w druku 3D wykorzystuje się różne materiały, a niektóre z tych materiałów omówiono poniżej:
Kwas polimlekowy
PLA to forma tworzywa sztucznego ciesząca się dużą popularnością w druku 3D FDM. Jest niedrogi i bardzo łatwy w obróbce, jeśli chodzi o drukowanie, a także ulega biodegradacji. Wykorzystując PLA i drukarki 3D, podczas pandemii COVID-19 stworzono nawet działające wentylatory, które mają pomóc lekarzom i inżynierom w leczeniu pacjentów. Jest również stosowany w wielu urządzeniach ortopedycznych, takich jak płytki, kołki mocujące, śruby i rusztowania kostne.
Akrylonitryl-butadien-styren (ABS)
ABS jest również formą tworzywa sztucznego stosowaną w druku 3D i jest bardzo lekkim i mocnym materiałem, który można stopić w postaci płynnej, a po ochłodzeniu okazuje się stałym. Stosowany jest w sektorze medycznym do produkcji modeli stosowanych w chirurgii, protez i gorsetów ortopedycznych.
Polieteroketon
PEEK to termostat o wysokiej wydajności, który zapewnia odporność na chemikalia i ma doskonałe właściwości mechaniczne. W wielu przypadkach stosuje się go zamiast metali i ma wiele zastosowań medycznych, które obejmują implanty i niestandardowe urządzenia medyczne.
Tytan
Tytan jest powszechnie stosowanym metalem w druku 3D, a w sektorze medycznym wykorzystuje się go do produkcji narzędzi chirurgicznych i endoprotezoplastyk stawów. Wiele implantów, takich jak biodra, kolana i kręgosłup, jest produkowanych przy użyciu tytanu w druku 3D ze względu na ich doskonałe właściwości mechaniczne i biokompatybilność.
Glikol polietylenowy
PEG to forma tworzywa sztucznego stosowana w druku 3D, posiadająca właściwości biochemiczne, dzięki którym nadaje się do stosowania w sektorze medycznym. Służy do tworzenia tkanki chrzęstnej, kostnej i naczyniowej za pomocą druku 3D.
6.Jak druk 3D sprawdza się w prototypowaniu medycznym?
Druk 3D sprawdza się na różne sposoby przy opracowywaniu różnorodnych wyrobów medycznych, jeśli chodzi o prototypowanie medyczne, a niektóre z nich omówiono poniżej:
6.1 Drukowanie 3D niestandardowych implantów
Drukowanie implantów na wymiar będzie metodą stosowaną w procesie druku 3D i będzie obejmować następujące etapy:
- Za pomocą tomografii komputerowej lub innej metody obrazowania i modelowania tworzony jest model 3D miejsca wszczepienia implantu, co pozwala na odpowiednie zaprojektowanie implantu.
- Lekarz projektuje implant cyfrowo w oparciu o dostosowanie w zależności od anatomii pacjenta, która mu odpowiada.
- Zwykle przy drukowaniu niestandardowego implantu wybiera się materiały biokompatybilne; w tym celu wybrany materiał jest wprowadzany do drukarki.
- Drukarka drukuje obiekt warstwa po warstwie, a po przygotowaniu implantu może on zostać poddany dalszemu procesowi poprawiającemu jego właściwości, po czym przeprowadzana jest kontrola jakości.
- Po wszczepieniu implantu następuje sterylizacja i chirurgiczny wszczepienie pacjentowi.
6.2 Druk 3D do prototypowania urządzeń medycznych
Druk 3D do prototypowania urządzeń medycznych składa się z poniższych etapów:
- Koncepcje powstały najpierw przy użyciu oprogramowania CAD dla wyrobów medycznych.
- Gdy koncepcje i projekty są już gotowe, następuje druk 3D, który ma na celu stworzenie fizycznych prototypów.
- Prototyp urządzenia medycznego przechodzi następnie proces testowania, podczas którego sprawdzane jest bezpieczeństwo, ergonomia i funkcjonalność urządzenia.
6.3 Druk 3D dla niestandardowych urządzeń i protez
W celu wykonania druku 3D dla niestandardowych urządzeń i protez należy wykonać poniższe kroki:
Najpierw uzyskuje się skany 3D, aby można było zrozumieć anatomię i wymagania urządzeń i protez oraz ocenić pomiary.
Po uzyskaniu danych protezy te są projektowane na zamówienie.
Gdy projekt jest już gotowy, wykorzystywane są biokompatybilne materiały, a druk 3D tych urządzeń odbywa się warstwa po warstwie.
Wyprodukowane urządzenia poddawane są następnie testom i w razie potrzeby wprowadzane są zmiany zapewniające doskonałość ich funkcji i dopasowania.
7.Jak skorzystać z usług druku 3D?
Przeglądając powyższy artykuł, musisz być teraz w pełni świadomy wszystkiego, co dotyczy druku 3D w medycynie i odpowiednich materiałów używanych do produkcji.
Usługi druku 3D do produkcji wyrobów medycznych są wysoce wyspecjalizowane. W wydajności i jakości wyrobów medycznych nie ma miejsca na zaniedbania. Dlatego przy wyborze odpowiedniego dostawcy usług, AN-Prototype powinno być Twoim ulubionym miejscem.
Mamy na AN-Prototyp zawsze zapewniamy naszym klientom szybki czas realizacji, produkty wysokiej jakości i przystępne koszty. Skontaktuj się z nami już dziś, aby otrzymać wycenę.