1. Технический принцип: синергетический эффект выбора материала и оптимизации конструкции.
Суть технологии 3D-печати металлом для повышения возможности повторного использования медицинских устройств заключается в уникальном выборе материалов и возможностях структурной оптимизации.
Выбор материала:
Титановый сплав (Ti6Al4V): как наиболее часто используемый медицинский металл, на поверхности титанового сплава самопроизвольно образуется плотный защитный слой диоксида титана (TiO ₂), который эффективно противостоит коррозии, вызываемой биологическими жидкостями. Его превосходная биосовместимость и механические свойства делают его предпочтительным материалом для ортопедических имплантатов и реставраций зубов.
Сплав кобальта и хрома: демонстрирует превосходную износостойкость и твердость в средах с высоким трением, а оксидная пленка, образующаяся на поверхности, еще больше повышает коррозионную стойкость. Широко используется в таких областях, как искусственные суставы и сердечно-сосудистые стенты.
Пористая структура титана. Пористый титан, изготовленный по технологии лазерной плавки порошка (PBF-LB), не только регулирует жесткость имплантатов и способствует росту костной ткани, но его сложная пористая структура также облегчает циркуляцию жидкости и снижает риск местной коррозии.
Структурная оптимизация:
Сложная конструкция пор. Сложные пористые структуры, которые трудно получить традиционными методами, можно легко получить с помощью 3D-печати металлом. Эти поры не только уменьшают вес оборудования, но и повышают долговечность и возможность повторного использования оборудования за счет оптимизации распределения напряжений, снижения вероятности возникновения коррозии.
Функционально классифицированные материалы: достигая градиентных изменений в составе материала в одном и том же компоненте, можно улучшить коррозионную стойкость в определенных областях, сохраняя при этом общую прочность и ударную вязкость конструкции.
2. Технические проблемы и решения: переход от лабораторий к крупномасштабным приложениям.
Хотя технология 3D-печати металлами продемонстрировала значительные преимущества в повышении возможности повторного использования медицинских устройств, ее крупномасштабное-применение по-прежнему сталкивается с некоторыми проблемами:
Ограничения материала:
Проблема стоимости: высокоэффективные материалы, такие как титановые сплавы, имеют высокую стоимость, что ограничивает применение одноразовых медицинских устройств. Решение включает в себя изучение недорогих-материалов, таких как нержавеющая сталь медицинского назначения (например, 316L), и снижение затрат на материалы за счет крупномасштабного-производства.
Разлагаемые материалы. Характеристики быстрого разложения биоразлагаемых материалов, таких как сплавы магния и сплавы цинка, in vivo требуют дальнейшей оптимизации путем легирования или обработки поверхности для достижения контролируемых скоростей разложения.
Точность печати и пост-обработка:
Однородность тонкой структуры: однородность пористой структуры (например, размер пор 0,5 мм) влияет на коррозионную стойкость и механические свойства оборудования. Точность печати необходимо повысить за счет оптимизации параметров печати, таких как мощность лазера и скорость сканирования.
Технология постобработки. После печати оборудование должно пройти-последующую обработку, такую как полировка и шлифовка, для удаления поверхностных дефектов, повышения коррозионной стойкости и биосовместимости.
Проблемы стерилизации и отказов:
Повторная тепловая стерилизация может привести к выходу из строя таких материалов, как титановые сплавы и полимеры. Нам необходимо разработать специализированные медицинские материалы, устойчивые к высоким температурам и химической коррозии, или использовать низкотемпературные методы стерилизации, такие как стерилизация оксидом этилена, гамма-облучение и т. д.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3d-printing-copper-heatsink.html