Ulikan Anyar Manggihan Implan Médis Titanium Kacida Éféktif

prosés percetakan 3D titanium

Dibandingkeun jeung prosés tradisional, kaunggulan tina téhnologi percetakan 3D mun rancang inohong susuk bedah pribadi utamana reflected di: 3D percetakan ciri ngabentuk bébas bisa gancang tur akurat ngaropea susuk internal, bisa nungkulan tradisional universal bentuk inohong susuk téh sauyunan jeung awak manusa sarta sipat mékanis na teu nepi ka masalah baku; Dina pembuatan struktur kompléks jeung produk susah-to-prosés, mikro-struktur pribadi, utamana porous ngaliwatan struktur, teu ngan bisa minuhan sipat fisik jeung kimia husus, tapi ogé ningkatkeun biohistocompatibility.

Runtuyan kaunggulan ieu sacara efektif tiasa ngatasi masalah umum tina tameng setrés sareng kagiatan biologis implant anu rendah. Ayeuna, alloy titanium percetakan 3D anu paling sering dianggo sareng seueur dianggo nyaéta téknologi SLM sareng téknologi EBM.

Selektif Laser Lebur (SLM) ngagunakeun laser salaku sumber panas pikeun selektif irradiate bahan bubuk pre-diteundeun pikeun ngahontal lebur ngabentuk gancang. Prinsip kerja utama nyaéta dina lingkungan panyalindungan gas inert, alat sareng alat ngadalikeun sinar laser numutkeun jalur scanning ngeusian anu dihasilkeun ku mode desain sistem pikeun milih sareng ngalembereh unggal lapisan bubuk.

Teras platformna dipindahkeun ka handap, bubuk ditetepkeun deui sareng sintering diulang dugi ka bentuk sadayana kabentuk. Perlindungan gas inert nyegah logam tina ngaréaksikeun sareng gas sanés dina suhu anu luhur. Téknologi SLM mangrupikeun rupa-rupa bahan ngabentuk, nyimpen bahan sareng tiasa didaur ulang, henteu kedah ngarancang sareng nyiapkeun sistem dukungan anu kompleks, séri kaunggulan ieu ngajantenkeun téknologi SLM langkung seueur dianggo.

Sanajan kitu, SLM ogé boga sababaraha drawbacks: kusabab kakuatan laser kawates sarta scanning galvanometer deflection Angle, rentang ukuran bagian disiapkeun ku SLM bakal diwatesan; Laser-kakuatan luhur jeung alat optik kualitas luhur anu mahal pikeun pabrik, nu ngaronjatkeun beungbeurat ékonomi ka extent sababaraha. Alatan pamakéan bahan bubuk dina téhnologi SLM, kualitas permukaan bagian dijieun bisa jadi masalah, nu merlukeun ngolah sekundér produk pikeun dipaké pikeun digawé salajengna; Spheroidization na warping defects ogé bisa lumangsung dina prosés ngolah, nu merlukeun léngkah salajengna pikeun mastikeun ngaoptimalkeun prosedur processing éléktron beam lebur, EBM nyaéta prosés anu ngagunakeun beam éléktron salaku sumber panas pikeun ngalembereh bubuk logam lapisan ku lapisan dina lingkungan vakum pikeun aditif manufaktur.

Prinsip gawé na nyaeta: bubuk pre-coated, tinggi-énergi éléktron beam deflection sanggeus fokus pikeun ngahasilkeun énérgi tinggi di wewengkon leutik lokal pikeun nyeken lapisan bubuk pikeun ngahasilkeun hawa tinggi na malah ngalembereh, ngaliwatan sinar éléktron scanning kontinyu pikeun ngahasilkeun énérgi antara fusi kolam renang ngalembereh tur solidification, disambungkeun kana lapisan logam linier jeung planar.

Saatos rengse lapisan ayeuna, ngulang operasi peletakan bubuk pikeun ngabentuk. Dina prosés produksi, EBM adopts lingkungan lebur hawa leres pikeun mastikeun kakuatan tinggi bahan jeung nyingkahan oksidasi alloy nu. Dibandingkeun jeung SLM, kaunggulan utama EBM nyaéta: generasi efisien kakuatan beam éléktron meakeun kakuatan kirang, laju produksina luhur, sahingga total kakuatan sabenerna sakabeh mesin tinggi; The deflection tina beam éléktron teu kudu mindahkeun bagian parabot, nu salajengna ngaronjatkeun speed scanning. Lingkungan termal anu saé mastikeun stabilitas bentuk bagian anu dicitak 3D, ngajamin sipat mékanis statikna, nyumponan sarat biologis, sareng bubuk logam ogé tiasa didaur ulang.

Status sareng kamajuan implan bedah anu dicitak 3D

Implants bedah sareng orthotics kalayan percetakan 3D gaduh prospek aplikasi anu ngajangjikeun dina widang osteologi. Ayeuna beuki loba3D dicitak bahan susukkayaning AIDS dédéngéan, anggota awak prosthetic, Panungtun bedah orthopedic pribadi, sendi jieunan, Ceuli luar jieunan, implants dental pribadi tur aplikasi sejenna dina perlakuan pribadi klinis. Numutkeun laporan, dina 2014, peneliti di Universitas Peking hasil implanted budak 12 taun heubeul kalawan 3D dicitak tulang tonggong jieunan pribadi kalawan mikro-liang, nu kasus munggaran di dunya. Dina taun anu sarua, dokter jeung élmuwan dipasangan budak awéwé umur 5 taun di Skotlandia ku palem prosthetic dicitak 3D.

The Stomatology Specialty Center of the 411th Hospital of the People's Liberation Army suksés ngagunakeun téknologi EBM pikeun adat sareng implant susuk alloy titanium mandibular kalayan simulasi anatomi anu dipersonalisasi pisan pikeun pasien reseksi hemimaxillary. Salila operasi, resection tina mandible diseased sarta perbaikan fungsi individualized réngsé dina hiji waktu, sarta mandible cacad ieu individual repaired na rekonstruksi. Pangaruh postoperative éta nyugemakeun. Lethaus B jeung peneliti séjén dipaké téhnologi percetakan 3D pikeun ngarekonstruksikeun tulang jeung flaps microvascular di 20 penderita resection mandibular, nu disingget waktu operasi sarta ngaronjatkeun kualitas operasi, sarta pangaruh postoperative éta alus. Dina taun-taun ayeuna, warta sareng panalungtikan anu sami parantos muncul dina aliran anu henteu terbatas, anu pinuh ngagambarkeun prospek aplikasi anu hadé pikeun percetakan 3D dina widang médis.

Di sisi produk orthopedic, bahan implan bedah 3D anu dicitak ogé laun-laun nuju komersilisasi sareng pemasaran. Dina 2007, bioprinted 3D cangkir acetabulum dicitak kalawan scaffolders jaringan teuas dikembangkeun ku parusahaan Italia Adler Ortho na LIma-LTO lulus sertifikasi CE. Produk Exactech disatujuan ku FDA di 2010. Taun 2009, alat fusi awak sadaya-titanium anu diproduksi ku perusahaan AMT Amérika nganggo percetakan 3D ogé lulus sertifikasi CE EU. Taun 2013, produk implan tengkorak bioprinted munggaran di Amérika Serikat disatujuan ku FDA, anu ogé mangrupikeun tokoh implan tengkorak PEEK anu dicitak 3D munggaran di dunya.

Dina dasar ieu, dina 2014, United States Oxford Company nampi persetujuan FDA pikeun percetakan 3D produk tulang maxillofacial (mode 5IOK). Sajaba ti éta, dilaporkeun yén dina bulan Séptember 2015, anu 3D dicitak susuk manusa - gabungan hip jieunan dikembangkeun ku Rumah Sakit Katilu Beijing Kedokteran jeung Beijing Aikang Yicheng Médis Equipment Co., LTD., Geus didaptarkeun ku Administrasi Pangan sarta Narkoba Nagara. The 3D dicitak hip gabungan geus diasupkeun kana "tahap produksi masal", nu hartina implants percetakan 3D Cina urang ogé geus stepped kana tahap produksi.

Téknologi percetakan 3D parantos nunjukkeun peran anu langkung penting dina élmu médis sareng inovasi téknologi, sareng panalitian sareng aplikasi tina rupa-rupa prostheses implan pribadi, anggota awak prosthetic, implants dental sareng aspék sanésna ogé langkung seueur. Janten, evaluasi biosafety tina implan anu disiapkeun ku prosés énggal ieu peryogi langkung seueur perhatian.

Panalungtikan ngeunaan biosafety tina percetakan 3D titanium

Kasalametan bahan biomedis utamana ditingali dina interaksi antara jaringan sareng bahan. Supados bahan logam biomedis nyumponan standar alat anu implantasi, kedah diperyogikeun yén réaksi anu disababkeun ku implantasi dina awak manusa aya dina tingkat anu tiasa ditampi, sareng dina waktos anu sami, éta henteu tiasa nyababkeun parobahan kualitatif dina struktur sareng sipat bahan. Interaksi antara awak manusa jeung awak manusa utamana reflected dina biocompatibility na fungsi biologis.

Ku alatan éta, sanggeus implantasi dina awak manusa, susuk teu kudu ngabalukarkeun réaksi ngarugikeun kayaning alergi, radang jeung kimia dina sél manusa, getih jeung organ, atawa tampikan awak asing manusa. Dina waktu nu sarua, éta ogé diperlukeun yén implants nu kudu implants lila kudu boga sipat mékanis statik alus, nyaeta, kakuatan cukup, modulus elastis luyu, stabilitas tinggi, résistansi korosi alus tur durability awét. Ayeuna implantasi bedah tina alloy titanium seueur dianggo dina prakték klinis, sareng panalungtikan biokompatibilitas ogé dewasa. Ku alatan éta, kasalametan bagian alloy titanium patali percetakan 3D utamana museurkeun kana kasalametan fungsi biomechanical na.

Panaliti ngeunaan naha susuk logam anu dicitak 3D tiasa dibandingkeun sareng produk susuk umum tina prosés tradisional tina segi sipat mékanis, résistansi korosi sareng biokompatibilitas, sareng naha sababaraha sipat mékanis statik tina susuk alloy tiasa nyumponan aplikasi klinis sareng standar nasional masih aya dina kamajuan. Parantos mendakan yén pasipatan mékanis statik parsial tina implan titanium anu dicitak 3D tiasa nyumponan kabutuhan klinis. Sampel Ti6A14V anu disiapkeun ku téknik EBM diuji ku uji tegangan langsung sareng uji pencét isostatik panas. Hasilna nunjukkeun yén kakuatan sampel TI6A14V ngaleuwihan standar forging.

Résistansi korosi tina alloy Co-Cr-Mo disiapkeun ku téhnologi SLM téh sarupa jeung nu alloy disiapkeun ku prosés tradisional, sarta jumlah disolusi ion dina lingkungan ciduh simulated kirang percetakan 3D ti éta tina alloy prosés tradisional. Produk Ti6A14V disiapkeun ku téhnologi DMLS kapanggih ku parusahaan EOS boga sipat mékanis statik sarua jeung lalawanan kacapean salaku forging tradisional ngaliwatan pos-processing lumrah. The porous titanium alloy vertebrae fusi alat disiapkeun ku EBM ieu implanted kana awak embe sarta ngahontal hasil alus dina model fusi cervical domba. Antarbeungeut bahan tulang langkung saé tibatan alat fusi PEEK.

Sacara klinis, modulus elastis sareng sipat mékanis séjén tina alloy titanium henteu cocog sareng sipat tulang manusa, anu bakal ngakibatkeun fenomena "stress shielding" dina jaringan tulang periferal tina susuk sareng nyababkeun osteoporosis, nyababkeun nyerep tulang, loosening sareng leungitna susuk sareng gagalna. Dina raraga ngurangan masalah ieu kalawan implants titanium, implants struktur porous geus diasupkeun panon peneliti. Ayeuna, panilitian nunjukkeun yén percetakan 3D tiasa nyaluyukeun mikrostruktur tina implant kalayan presisi anu luhur pikeun ngarobih modulus elastis sareng sipat mékanis, ku kituna cocog sareng jaringan tulang manusa sareng ningkatkeun deui fungsi biomekanik dina dasar mastikeun beban fisiologis anu pas.

Struktur dikawasa awak Ti6AI4V ieu dijieun ku téhnologi ngabentuk EBM, sarta struktur batal internal ieu kapanggih janten konsisten jeung desain teoritis handapeun scanning mikroskop éléktron, nu kahontal kontrol akurat EBM dina struktur produk 3D dicitak. Ngaliwatan uji kinerja mékanis, kakuatan compressive pakait nyaeta 163MPa jeung modulus elastis nyaeta 14MPa di 60.1% pore porosity, nu deukeut jeung tulang manusa. Kultur sél in vitro ogé nunjukkeun kasaluyuan sél anu saé.

Parancah porous anu disiapkeun ku téhnologi EBM ngaliwatan optimasi parameter desain, sarta sipat mékanis maranéhanana anu dievaluasi. Ieu kapanggih yén biomechanics tina bahan porous dirancang miboga gelar luhur ti kaunggulan dina simulasi tina kasaluyuan fase sarta cocog implantation. Tilu rupa titanium porous kalayan 300gm, 600gm sareng 900~tm disiapkeun ku SLM ditanamkeun kana tibia kelenci pikeun nalungtik pangaruh rasio pori dina kamekaran tulang. Hasilna nunjukkeun yén jaringan tulang kalayan struktur porous 600~m gaduh panjang sareng biokompatibilitas anu langkung saé.

Ti sudut pandang tumuwuhna tulang, a scaffold kalawan porosity adjustable na aperture bakal leuwih kondusif pikeun pangiriman jeung pangiriman gizi dina awak manusa, sarta ogé bisa ngamajukeun kamampuh tumuwuhna tulang, ngaronjatkeun kombinasi implants na ranjang tulang, sarta manjangkeun umur jasa tina prosthesis, ku kituna pikeun ménta épék médis hadé ti alloy struktur padet titanium. Dina taun anyar, multi-liang alloy titanium step by step dianggap paling idéal perbaikan jaringan teuas anyar jeung bahan ngagantian klinis, sarta aplikasi tina 3D dicitak alloy titanium implants jeung sagala rupa struktur mikroskopis atawa ngaliwatan struktur ogé geus dibuka nepi widang anyar.