Bag-ong Pagtuon Nakaplagan ang Titanium Medical Implants nga Epektibo kaayo

3D nga pag-imprinta sa titanium nga proseso

Kung itandi sa tradisyonal nga proseso, ang mga bentaha sa 3D nga teknolohiya sa pag-imprenta sa paghimo sa personalized nga surgical implant nga mga numero nag-una nga gipakita sa: Ang 3D nga pag-imprenta nga libre nga pagporma nga mga kinaiya dali ug tukma nga ipasadya ang internal nga implant, makabuntog sa tradisyonal nga unibersal nga implant nga porma sa numero nga dili mahiuyon sa lawas sa tawo ug ang mekanikal nga mga kabtangan niini dili hangtod sa standard nga mga problema; Sa paghimo sa komplikado nga mga istruktura ug lisud nga proseso nga mga produkto, ang mga personal nga micro-structure, labi na ang porous pinaagi sa mga istruktura, dili lamang makatagbo sa piho nga pisikal ug kemikal nga mga kabtangan, apan makapauswag usab sa biohistocompatibility.

Kini nga serye sa mga bentaha epektibo nga makabuntog sa kasagarang mga problema sa stress shielding ug ubos nga biological nga kalihokan sa mga implant. Sa pagkakaron, ang labing kasagarang gigamit ug kaylap nga gigamit nga 3D printing titanium alloys mao ang SLM nga teknolohiya ug EBM nga teknolohiya.

Ang Selective Laser Melting (SLM) naggamit sa laser isip usa ka tinubdan sa kainit aron pilion ang pag-irradiate sa pre-laid powder nga mga materyales aron makab-ot ang paspas nga pagkatunaw. Ang nag-unang prinsipyo sa pagtrabaho mao nga ubos sa inert gas protection environment, ang instrumento ug ekipo nagkontrolar sa laser beam sumala sa pagpuno sa scanning path nga namugna sa sistema sa disenyo nga mode aron mapili ug matunaw ang matag layer sa powder.

Dayon ang plataporma ipaubos, ang pulbos ibutang pag-usab ug ang sintering gisubli hangtud nga ang tibuok porma maporma. Ang inert gas nga panalipod nagpugong sa metal gikan sa pag-react sa ubang mga gas sa taas nga temperatura. Ang teknolohiya sa SLM kay halapad kaayo nga mga materyales sa pagporma, pagtipig sa materyal ug ma-recycle, dili kinahanglan nga magdesinyo ug mag-andam sa komplikado nga sistema sa pagsuporta, kini nga serye sa mga bentaha naghimo sa teknolohiya sa SLM nga labi nga gigamit.

Bisan pa, ang SLM usab adunay pipila ka mga kakulangan: tungod sa limitado nga gahum sa laser ug pag-scan sa galvanometer deflection Angle, ang gidak-on sa gidak-on sa mga bahin nga giandam sa SLM mahimong limitado; Ang mga high-power laser ug taas nga kalidad nga optical nga kagamitan mahal ang paghimo, nga nagdugang sa palas-anon sa ekonomiya sa pila ka sukod. Tungod sa paggamit sa mga materyales sa pulbos sa teknolohiya sa SLM, ang kalidad sa nawong sa mga gihulma nga mga bahin mahimong adunay problema, nga nagkinahanglan sa ikaduhang pagproseso sa produkto nga gamiton alang sa sunod nga trabaho; Ang mga depekto sa spheroidization ug warping mahimo usab nga mahitabo sa proseso sa pagproseso, nga nanginahanglan usa ka dugang nga lakang aron estrikto nga ma-optimize ang proseso sa pagproseso sa Electron beam melting, ang EBM usa ka proseso nga naggamit sa electron beam ingon gigikanan sa kainit aron matunaw ang metal powder layer pinaagi sa layer sa vacuum nga palibot alang sa additive manufacturing.

Ang prinsipyo sa pagtrabaho niini mao ang: pre-coated powder, high-energy electron beam deflection human sa pag-focus aron makahimo og taas nga enerhiya sa lokal nga gamay nga lugar aron ma-scan ang powder layer aron makahimo og taas nga temperatura ug bisan matunaw, pinaagi sa electron beam nga padayon nga pag-scan aron makamugna og enerhiya tali sa melt pool fusion ug solidification, konektado ngadto sa usa ka linear ug planar metal layer.

Human mahuman ang kasamtangan nga layer, balika ang operasyon sa pagpatong sa powder aron maporma. Sa proseso sa produksiyon, gisagop sa EBM ang tinuod nga palibot sa pagtunaw sa hangin aron masiguro ang taas nga kusog sa materyal ug malikayan ang oksihenasyon sa haluang metal. Kung itandi sa SLM, ang mga nag-unang bentaha sa EBM mao ang: ang episyente nga henerasyon sa electron beam nga gahum nagkonsumo og gamay nga gahum, ang katulin sa produksiyon taas, aron ang tinuud nga tibuuk nga gahum sa tibuuk nga makina taas; Ang pagtipas sa electron beam dili kinahanglan nga ibalhin ang bahin sa kagamitan, nga labi nga nagpauswag sa katulin sa pag-scan. Ang maayo nga kainit nga palibot nagsiguro sa kalig-on sa porma sa 3D nga giimprinta nga mga bahin, nagsiguro sa static nga mekanikal nga mga kabtangan niini, nagtagbo sa biological nga mga kinahanglanon, ug ang metal nga pulbos mahimo usab nga i-recycle.

Ang kahimtang ug pag-uswag sa 3D nga giimprinta nga surgical implants

Ang mga surgical implants ug orthotics nga adunay 3D printing adunay usa ka promising prospect sa aplikasyon sa natad sa osteology. Karon nagkadaghan na3D nga giimprinta nga implant nga mga materyalessama sa hearing AIDS, prosthetic limbs, personalized orthopaedic surgery guides, artificial joints, artificial outer ears, personalized dental implants ug uban pang mga aplikasyon sa clinical personalized treatment. Sumala sa mga taho, sa 2014, ang mga tigdukiduki sa Peking University malampuson nga nagtanom sa usa ka 12-anyos nga batang lalaki nga adunay usa ka personalized nga 3D nga giimprinta nga artificial spine nga adunay mga micro-hole, nga mao ang una nga kaso sa kalibutan. Sa samang tuig, ang mga doktor ug siyentista mibutang sa usa ka 5-anyos nga batang babaye sa Scotland og 3D printed prosthetic palm.

Ang Stomatology Specialty Center sa 411th Hospital of the People's Liberation Army malampusong migamit sa teknolohiya sa EBM sa custom ug implant sa mandibular titanium alloy implant nga adunay personalized nga simulation sa anatomy para sa usa ka hemimaxillary resection nga pasyente. Atol sa operasyon, ang resection sa masakiton nga mandible ug ang indibidwal nga functional repair nahuman sa usa ka higayon, ug ang depekto nga mandible tagsa-tagsa nga giayo ug gitukod pag-usab. Ang postoperative nga epekto mao ang makatagbaw. Ang Lethaus B ug uban pang mga tigdukiduki migamit sa teknolohiya sa pag-imprenta sa 3D aron matukod pag-usab ang bukog ug microvascular flaps sa 20 nga mga pasyente nga adunay mandibular resection, nga nagpamubo sa oras sa operasyon ug nagpauswag sa kalidad sa operasyon, ug ang postoperative nga epekto maayo. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang susamang mga balita ug panukiduki mitumaw sa usa ka walay katapusan nga sapa, nga bug-os nga nagpakita sa maayo nga mga palaaboton sa aplikasyon sa 3D nga pag-imprenta sa medikal nga natad.

Sa kilid sa mga produkto nga orthopedic, ang 3D nga giimprinta nga surgical implant nga materyales anam-anam usab nga naglihok padulong sa komersyalisasyon ug pagpamaligya. Kaniadtong 2007, ang bioprinted nga 3D nga giimprinta nga mga tasa sa acetabulum nga adunay mga hard tissue scaffolder nga gimugna sa kompanya nga Italyano nga Adler Ortho ug LIma-LTO nakapasar sa sertipikasyon sa CE. Ang produkto sa Exactech gi-aprobahan sa FDA niadtong 2010. Sa 2009, ang all-titanium body fusion device nga gihimo sa American AMT company gamit ang 3D printing nakapasar usab sa EU CE certification. Sa 2013, ang unang bioprinted skull implant nga produkto sa Estados Unidos gi-aprobahan sa FDA, nga mao usab ang unang personalized nga 3D nga giimprinta nga PEEK skull implant figure sa kalibutan.

Niini nga basehan, sa 2014, ang United States Oxford Company nakadawat sa pag-apruba sa FDA alang sa 3D printing maxillofacial bone products (5IOK mode). Dugang pa, gikataho nga sa Septiyembre 2015, ang 3D nga giimprinta nga human implant - artipisyal nga hip joint nga gihimo sa Third Hospital sa Beijing Medicine ug Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD., Narehistro na sa State Food and Drug Administration. Ang 3D printed hip joint nisulod na sa "mass production stage", nga nagpasabot nga ang 3D printing implants sa China nisaka na usab sa yugto sa produksyon.

Ang teknolohiya sa pag-imprenta sa 3D nagpakita sa usa ka labi ka hinungdanon nga papel sa kabag-ohan sa medikal nga siyensya ug teknolohiya, ug ang panukiduki ug aplikasyon sa lainlaing mga personalized nga implant prostheses, prosthetic limbs, dental implants ug uban pang mga aspeto labi pa ug labi ka halapad. Busa, ang biosafety evaluation sa mga implant nga giandam niining bag-ong proseso nagkinahanglan ug dugang nga pagtagad.

Pagpanukiduki sa biosafety sa 3D printing titanium

Ang pagkaluwas sa biomedical nga mga materyales kasagaran nga gipakita sa interaksyon tali sa mga tisyu ug mga materyales. Aron ang mga biomedical nga metal nga mga materyales makatagbo sa mga sumbanan sa gitanom nga mga himan, kinahanglan nga gikinahanglan nga ang reaksyon nga gipahinabo sa implantasyon sa lawas sa tawo anaa sa usa ka madawat nga lebel, ug sa samang higayon, dili kini makaaghat sa mga pagbag-o sa kalidad sa istruktura ug mga kabtangan sa materyal. Ang interaksyon tali sa lawas sa tawo ug lawas sa tawo nag-una nga gipakita sa iyang biocompatibility ug biological function.

Busa, human sa implantation sa lawas sa tawo, ang implant kinahanglan dili hinungdan sa dili maayo nga mga reaksyon sama sa alerdyi, panghubag ug chemistry sa mga selula sa tawo, dugo ug mga organo, o ang pagsalikway sa mga langyaw nga lawas sa tawo. Sa parehas nga oras, gikinahanglan usab nga ang mga implant nga kinahanglan nga itanom sa dugay nga panahon kinahanglan adunay maayo nga static nga mekanikal nga mga kabtangan, nga mao, igo nga kusog, angay nga elastic modulus, taas nga kalig-on, maayo nga pagsukol sa kaagnasan ug lig-on nga kalig-on. Karon ang surgical implantation sa titanium alloy kaylap nga gigamit sa clinical practice, ug ang biocompatibility research kay hamtong na usab. Busa, ang kaluwasan sa titanium alloy nga mga bahin nga may kalabutan sa 3D printing nag-una nga naka-focus sa kaluwasan sa iyang biomechanical function.

Ang panukiduki kung ang 3D nga giimprinta nga metal nga implant ikatandi sa kinatibuk-ang mga produkto sa implant sa tradisyonal nga proseso sa mga termino sa mekanikal nga mga kabtangan, resistensya sa kaagnasan ug biocompatibility, ug kung ang pipila sa mga static nga mekanikal nga kabtangan sa implant nga haluang metal makatagbo sa klinikal nga aplikasyon ug ang nasudnon nga mga sumbanan nagpadayon pa. Nakaplagan nga ang partial static mechanical properties sa 3D printed titanium implants makatubag sa mga panginahanglanon sa klinika. Ang mga sample sa Ti6A14V nga giandam sa teknik sa EBM gisulayan pinaagi sa direktang pagsulay sa tensile ug init nga isostatic pressing test. Gipakita sa mga resulta nga ang kusog sa mga sample sa TI6A14V milabaw sa sumbanan sa pagpanday.

Ang corrosion resistance sa Co-Cr-Mo alloy nga giandam sa SLM nga teknolohiya susama sa alloy nga giandam sa tradisyonal nga proseso, ug ang gidaghanon sa ion dissolution sa simulated salivary environment dili kaayo 3D nga pag-imprenta kay sa tradisyonal nga process alloy. Ang produkto nga Ti6A14V nga giandam sa DMLS nga teknolohiya nakit-an sa EOS nga kompanya nga adunay parehas nga static nga mekanikal nga mga kabtangan ug pagbatok sa kakapoy sama sa tradisyonal nga pagpanday pinaagi sa makatarunganon nga pagproseso sa post. Ang porous titanium alloy vertebrae fusion device nga giandam sa EBM gitisok sa lawas sa kanding ug nakab-ot ang maayong resulta sa cervical fusion model sa karnero. Ang interface sa bone-material mas maayo kaysa PEEK fusion device.

Sa klinika, ang pagkamaunat-unat nga modulus ug uban pang mekanikal nga mga kabtangan sa titanium alloy dili motakdo sa mga kabtangan sa bukog sa tawo, nga mosangpot sa panghitabo sa "stress shielding" sa peripheral bone tissue sa implant ug hinungdan sa osteoporosis, nga miresulta sa pagsuyup sa bukog, paghuyang ug pagkawala sa implant ug kapakyasan. Aron makunhuran kini nga problema sa mga implant sa titanium, ang mga porous nga istruktura nga implant nakasulod sa mga mata sa mga tigdukiduki. Karon, gipakita sa mga pagtuon nga ang pag-imprenta sa 3D mahimong mag-adjust sa microstructure sa mga implant nga adunay taas nga katukma aron mabag-o ang ilang pagkamaunat-unat nga modulus ug mekanikal nga mga kabtangan, aron magkatugma sa tisyu sa bukog sa tawo ug labi pa nga mapaayo ang biomechanical nga mga gimbuhaton pinasukad sa pagsiguro sa angay nga pisyolohikal nga pagkarga.

Ang kontrolado nga istruktura sa Ti6AI4V nga lawas gigama sa teknolohiya sa pagporma sa EBM, ug ang internal nga haw-ang nga istruktura nakit-an nga nahiuyon sa teoretikal nga laraw sa ilawom sa pag-scan sa mikroskopyo sa elektron, nga nakab-ot ang tukma nga pagkontrol sa EBM sa istruktura sa mga produkto nga giimprinta sa 3D. Pinaagi sa mechanical performance test, ang katugbang nga compressive strength mao ang 163MPa ug ang elastic modulus mao ang 14MPa sa 60.1% pore porosity, nga duol sa bukog sa tawo. Ang in vitro cell culture nagpakita usab og maayo nga cell compatibility.

Ang mga porous scaffold giandam sa teknolohiya sa EBM pinaagi sa pag-optimize sa mga parameter sa disenyo, ug ang ilang mekanikal nga mga kabtangan gisusi. Nakaplagan nga ang biomechanics sa gidisenyo nga porous nga mga materyales adunay taas nga lebel sa pagkalabaw sa simulation sa phase compatibility ug implantation matching. Tulo ka matang sa porous titanium nga adunay 300gm, 600gm ug 900~tm nga giandam sa SLM ang gitanom sa rabbit tibia aron masusi ang epekto sa pore ratio sa pagtubo sa bukog. Gipakita sa mga resulta nga ang tisyu sa bukog nga adunay 600~m porous nga istruktura adunay mas maayo nga gitas-on ug biocompatibility.

Gikan sa punto sa panglantaw sa pagtubo sa bukog, ang usa ka scaffold nga adunay adjustable porosity ug aperture mahimong mas maayo sa transmission ug transmission sa sustansiya sa lawas sa tawo, ug mahimo usab nga pagpalambo sa abilidad sa pagtubo sa bukog, sa pagdugang sa kombinasyon sa mga implants ug bukog higdaanan, ug extend sa serbisyo sa kinabuhi sa prosthesis, aron sa pagkuha sa mas maayo nga medikal nga epekto kay sa solid nga istruktura titanium alloy. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang multi-hole titanium alloy nga lakang sa lakang gikonsiderar nga labing sulundon nga klinikal nga bag-ong hard tissue nga pag-ayo ug pag-ilis nga mga materyales, ug ang aplikasyon sa 3D nga giimprinta nga titanium alloy implants nga adunay lainlaing mga mikroskopiko nga istruktura o pinaagi sa mga istruktura nagbukas usab usa ka bag-ong natad.