1, Технически принцип: синергичен ефект от избора на материал и структурната оптимизация
Ядрото на технологията за 3D принтиране на метал за подобряване на повторната употреба на медицински устройства се крие в нейния уникален избор на материали и възможности за структурна оптимизация
Избор на материал:
Титаниева сплав (Ti6Al4V): Като най-често използван медицински метал, върху повърхността на титаниевата сплав спонтанно се образува плътен защитен слой от титанов диоксид (TiO ₂), който ефективно устоява на корозията от телесни течности. Неговата отлична биосъвместимост и механични свойства го правят предпочитан материал за ортопедични импланти и зъбни възстановявания.
Кобалтово-хромова сплав: проявява отлична устойчивост на износване и твърдост в среди с високо триене, а оксидният филм, образуван на повърхността, допълнително повишава устойчивостта на корозия. Широко използван в области като изкуствени стави и сърдечно-съдови стентове.
Пореста структура на титан: Порестият титан, произведен чрез технология за топене на лазерен прах (PBF-LB), не само регулира твърдостта на имплантите и насърчава растежа на костната тъкан, но неговата сложна структура на порите също улеснява циркулацията на течности и намалява риска от локална корозия.
Структурна оптимизация:
Комплексен дизайн на порите: Сложните структури на порите, които са трудни за постигане с традиционните техники, могат лесно да бъдат постигнати при метален 3D печат. Тези пори не само намаляват теглото на оборудването, но също така подобряват издръжливостта и повторната употреба на оборудването чрез оптимизиране на разпределението на напрежението, намалявайки вероятността от поява на корозия.
Функционално класифицирани материали: Чрез постигане на градиентни промени в състава на материала в рамките на един и същи компонент, устойчивостта на корозия може да бъде подобрена в специфични области, като същевременно се поддържа цялостната здравина и издръжливост на структурата.
2, Технически предизвикателства и решения: Преход от лаборатории към широкомащабни приложения
Въпреки че технологията за 3D принтиране на метали показа значителни предимства при подобряването на възможността за повторна употреба на медицински устройства, нейното широко{1}}мащабно приложение все още е изправено пред някои предизвикателства:
Материални ограничения:
Проблем с разходите: Материалите с висока ефективност като титаниеви сплави имат високи разходи, което ограничава приложението на медицински устройства за еднократна употреба. Решението включва проучване на материали с ниска-цена като медицинска неръждаема стомана (като 316L) и намаляване на разходите за материали чрез широко{3}}производство.
Разградими материали: Характеристиките на бързото разграждане на биоразградимите материали като магнезиеви и цинкови сплави in vivo изискват допълнително оптимизиране чрез легиране или повърхностна обработка за постигане на контролируеми скорости на разграждане.
Точност на печат и последваща-обработка:
Еднородност на фината структура: Еднородността на структурата на порите (като размер на порите 0,5 mm) влияе върху устойчивостта на корозия и механичните свойства на оборудването. Точността на печат трябва да бъде подобрена чрез оптимизиране на параметрите на печат като лазерна мощност и скорост на сканиране.
Технология за последваща обработка: След отпечатването оборудването трябва да премине през -обработка, като полиране и шлайфане, за да се премахнат повърхностните дефекти, да се подобри устойчивостта на корозия и биосъвместимостта.
Проблеми със стерилизацията и повредата:
Повтарящата се топлинна стерилизация може да доведе до повреда на материали като титанови сплави и полимери. Трябва да разработим специализирани медицински материали, които са устойчиви на високи температури и химическа корозия, или да използваме методи за стерилизация при ниска-температура като стерилизация с етиленов оксид, гама облъчване и др.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3d-printing-copper-heatsink.html