Dají se formy zdravotnických prostředků vyrábět také pomocí kovového 3D tisku?

一, Při pohledu na hlavní výhody technologie 3D tisku kovů
1. Geometrické stupně volnosti a konstrukce pro konformní chlazení
Postupy vrtání omezují chladicí kanály v tradičních formách, a proto běžně používají lineární nebo jednoduché křížové architektury. Tím je chlazení méně účinné a teplota nerovnoměrná. Selektivní laserové tavení (SLM) a tavení elektronovým paprskem (EBM) jsou dvě technologie, které umožňují volně navrhovat konformní chladicí kanály pomocí kovového 3D tisku. Například ve formách ortopedických implantátů může použití simulačního softwaru k optimalizaci vodní cesty tak, aby vzdálenost mezi kanálem chladicí vody a povrchem dutiny formy zůstala do 2 mm, ušetřit cyklus vstřikování o 35 % a snížit deformaci produktu o 60 %. Tato konstrukce je velmi důležitá pro výrobu forem srdečních stentů, protože přesné chladicí kanály na mikro-úrovni zajišťují, že se materiály stentu během procesu formování rovnoměrně smršťují, což zabraňuje vzniku trhlin v důsledku koncentrace napětí.
2. Záruka biokompatibility a materiálového provedení
Formy pro zdravotnické prostředky musí splňovat velmi vysoká kritéria biokompatibility. Kovový 3D tisk umožňuje přímé lisování materiálů včetně slitiny titanu (Ti6Al4V), slitiny kobaltu a chrómu (CoCrMo) a lékařské nerezové oceli (316L), z nichž všechny byly certifikovány jako biokompatibilní podle normy ISO 10993. Například slitina titanu Ti6Al4V se běžně používá k výrobě forem pro implantáty pro náhradu lidských kloubů, protože není bezpečná a nekoroduje pro použití s ​​kostními implantáty. Změnou nastavení tisku, jako je výkon laseru a rychlost skenování, můžete regulovat velikost zrna materiálu mezi 10 a 50 μm. To vytváří rovnováhu mezi mechanickými vlastnostmi a biologickou aktivitou.
3. Design, který je lehký a funkční
Kovový 3D tisk umožňuje lehké návrhy, jako jsou příhradové konstrukce a příhradové konstrukce. To snižuje spotřebu materiálu a zároveň zajišťuje, že forma je pevná. Například dutý mřížkový chladicí kanál společnosti Platinum pro formy lopatek leteckých motorů snižuje hmotnost o 40 % a zvyšuje účinnost chlazení na 2,3krát vyšší než u standardních konstrukcí. Tato konstrukce se používá v lékařské profesi pro koncové efektorové formy chirurgických robotů. Snižuje počet kroků potřebných k sestavení zařízení a zvyšuje jeho spolehlivost přidáním funkčních prvků, jako jsou montážní otvory pro termočlánky a tekutinové kanály.
2, Běžné případy použití a případové studie
1. Výroba forem pro ortopedické implantáty
Pouzdro: Forma pro 3D-vytištěný kyčelní implantát
Systém umělého kyčelního kloubu 3D ACT společnosti Aikang Medical využívá technologii bimetalického 3D tisku k výrobě dříku stehenní kosti. Kostní spojovací vrstva je vyrobena z titanové slitiny Ti6Al4V, která má mikroporézní strukturu, která podporuje růst kostních buněk; vrstva odolná proti opotřebení-je vyrobena ze slitiny kobaltu a chromu CoCrMo, která má drsnost povrchu Ra<0.2 μ m, which reduces friction and wear with the polyethylene lining. The transition layer is formed of Ti Co gradient alloy, and powder mixing technology is used to make the composition gradient so that stress doesn't build up. This mould makes the product last for more than 15 years, which is three times longer than usual methods.
2. Výroba forem pro kardiovaskulární stenty
Pouzdro: Forma pro vaskulární stent mikro velikosti
Pro výrobu vaskulárních stentů musí být přesnost výrobního procesu mezi 10 a 50 μm. To je těžké udělat s typickým obráběním. Tým Huazhong University of Science and Technology použil technologii SLM k výrobě nitinolových stentů. Nepřesnost průměru drátu stentu byla menší než 2 μm řízením faktorů, jako je tloušťka vrstvy (20 μm) a výkon laseru (150 W). U prasečího modelu koronární tepny vykazuje stent vyrobený s touto formou velkou podporu a flexibilitu s o 40 % nižší mírou trombózy než u typických zařízení.
3. Zhotovování forem na součásti zdravotnické techniky
Pouzdro: Drátěná mřížková forma pro filtr proti rozptylu CT skeneru-
Čistý wolframový 3D tištěný filtr filtrační mřížky Dunlee využívá technologii EBM k vytvoření složitých kuželovitých tvarů najednou. Ve srovnání se standardními metodami frézování může filtrační mřížka této formy zvýšit poměr signálu-k{3}}šumu CT kuželového paprsku 1,7krát a snížit plýtvání materiálem o 85 %. Vysoká hustota čistého wolframu (19,3 g/cm³) také chrání před X-paprsky, což zajišťuje dobrou kvalitu obrazu.
3, Problémy a řešení v technice
1. Kvalita povrchu a proces po úpravě
Drsnost povrchu kovových forem pro 3D tisk je běžně mezi Ra6 a Ra10 μm. Po úpravě, včetně elektrolytického leštění a pískování, je třeba snížit na Ra0,8 μm nebo nižší. Metoda chemického mechanického leštění (CMP) Pekingského institutu leteckého průmyslu může povrch forem Ti6Al4V vyhladit a snížit je na Ra0,2 μm, což je standard pro lékařské vybavení.
2. Kontrola zbytkového napětí
Během procesu tisku může rychlé zahřátí a ochlazení snadno způsobit nahromadění zbytkového napětí a změnu tvaru formy. Odpověď zní:
Optimalizace procesů: Pomocí metody ostrůvkového skenování je jedna vrstva rozdělena na několik samostatných sekcí, které lze tisknout na jednu po druhé. To pomáhá rovnoměrně rozložit tepelné napětí.
Tepelná úprava: Chcete-li se zbavit více než 80 % zbytkového napětí, zahřejte formu na 650 stupňů Celsia a nechte ji vychladnout.
Online monitorování: Pomocí infračervené termokamery můžete sledovat teplotní pole v reálném čase a podle potřeby měnit výkon laseru.
3. Náklady a hodnota materiálů
Prášek z titanové slitiny pro lékařské-třídy stojí 2 000–5 000 juanů za kilogram, což je 5–10krát více než u běžné formovací oceli. Odpověď zní:
Recyklace prášku: Tříděním a oxidačním zpracováním dosahuje míra regenerace neroztaveného prášku až 95 %.
Návrh optimalizace topologie: Snižte náklady na jednotku a omezte spotřebu materiálu o 30 až 50 %.
Produkce ve velkém{0}}množství: Cena za kus se přiblížila tradičním metodám díky lepší účinnosti zařízení (například zařízení Huashu High tech FS1211M dokáže tisknout rychlostí 50 cm³/h).