Kan forme til medicinsk udstyr også fremstilles ved hjælp af metal 3D-print?

一, ser på de vigtigste fordele ved metal 3D-printteknologi
1. Geometriske frihedsgrader og design til konform køling
Boreprocedurer begrænser kølekanalerne i traditionelle støbeforme, så de bruger normalt lineære eller simple krydsarkitekturer. Dette gør kølingen mindre effektiv og temperaturen ujævn. Selective Laser Melting (SLM) og Electron Beam Melting (EBM) er to teknologier, der gør det muligt at designe konforme kølekanaler frit ved hjælp af metal 3D-print. For eksempel, i ortopædiske implantatstøbeforme, kan brug af simuleringssoftware til at optimere vandvejen, så afstanden mellem kølevandskanalen og formhulens overflade forbliver inden for 2 mm, spare sprøjtestøbningscyklussen med 35 % og reducere produktvridning med 60 %. Dette design er meget vigtigt til fremstilling af hjertestentforme, fordi præcisionskølekanaler på mikro-niveau sørger for, at stentmaterialerne krymper jævnt under støbeprocessen, hvilket forhindrer revner i at dannes på grund af stresskoncentration.
2. Garanti for biokompatibilitet og materialeydelse
Forme til medicinsk udstyr skal opfylde meget høje biokompatibilitetskriterier. Metal 3D-print muliggør direkte støbning af materialer, herunder titanlegering (Ti6Al4V), kobolt-chromlegering (CoCrMo) og medicinsk rustfrit stål (316L), som alle er blevet certificeret som biokompatible i henhold til ISO 10993. For eksempel er Ti6Al4V titanlegering almindeligvis brugt til samlinger, da det nemt kan udskifte støbeforme, og det er nemt at udskifte støbeforme. brug med menneskeknogler. Du kan regulere kornstørrelsen på materialet mellem 10 og 50 μm ved at ændre udskrivningsindstillingerne, såsom lasereffekt og scanningshastighed. Dette skaber en balance mellem mekaniske kvaliteter og biologisk aktivitet.
3. Et design, der både er let og funktionelt
Metal 3D-print giver mulighed for letvægtsdesign som gitterstrukturer og gitterstrukturer. Dette skærer ned på materialeforbruget, mens det stadig sikrer, at formen er stærk. For eksempel reducerer Platinums hule gitterkølekanal til blade til flymotorer vægten med 40 % og øger køleeffektiviteten til 2,3 gange så stor som standarddesign. Dette design bruges i den medicinske profession til sluteffektorformene til kirurgiske robotter. Det reducerer antallet af nødvendige trin for at sætte udstyret sammen og gør det mere pålideligt ved at tilføje funktionelle elementer som termoelementmonteringshuller og væskekanaler.
2, Common use cases og casestudier
1. Fremstilling af forme til ortopædiske implantater
Etui: Form til et 3D-printet hofteimplantat
Aikang Medicals 3D ACT kunstige hofteledssystem bruger bimetallisk 3D-printteknologi til at fremstille lårbensstammen. Knoglebindingslaget er lavet af Ti6Al4V titanlegering, som har en mikroporøs struktur, der fremmer knoglecellevækst; det slidbestandige lag er lavet af CoCrMo kobolt chromlegering, som har en overfladeruhed på 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. Fremstilling af forme til kardiovaskulære stenter
Etui: En form til en mikrostørrelse vaskulær stent
For at lave vaskulære stents skal fremstillingsprocessens nøjagtighed være mellem 10 og 50 μm. Dette er svært at gøre med typisk bearbejdning. Huazhong University of Science and Technology-teamet brugte SLM-teknologi til at lave Nitinol stentforme. Stentwirens diameter unøjagtighed var mindre end 2 μm ved at kontrollere faktorer såsom lagtykkelse (20 μm) og lasereffekt (150 W). I en koronararteriemodel hos en grise viser stenten, der er lavet med denne form, stor støtte og fleksibilitet med en 40 % lavere trombosefrekvens end typiske enheder.
3. Fremstilling af forme til dele af medicinsk udstyr
Etui: Trådgitterform til CT-scanner anti-spredningsfilter
Dunlees rene wolfram 3D-printede filtergitterform bruger EBM-teknologi til at lave indviklede koniske former på én gang. Sammenlignet med standardfræsningsmetoder kan denne forms filtergitter øge signal-til-støjforholdet for keglestråle CT med 1,7 gange og reducere materialespild med 85 %. Ren wolframs høje tæthed (19,3 g/cm³) beskytter også mod røntgenstråler, hvilket holder billedkvaliteten god.
3, Problemer og løsninger inden for teknologi
1. Kvalitet af overfladen og processen efter behandling
Overfladeruheden af ​​metal 3D-printforme er normalt mellem Ra6 og Ra10 μm. Efter behandling, inklusive elektrolytisk polering og sandblæsning, skal den bringes ned til Ra0,8 μm eller lavere. Beijing Institute of Aeronautical Manufacturing's kemisk mekanisk polering (CMP) metode kan gøre overfladen af ​​Ti6Al4V forme glattere, hvilket bringer dem ned til Ra0,2 μm, som er standarden for medicinsk udstyr.
2. Kontrol af restspænding
Under udskrivningsprocessen kan hurtig opvarmning og afkøling nemt få restspænding til at opbygge sig, og skimmelsvamp ændrer form. Svaret er:
Optimering af processer: Ved hjælp af en ø-scanningsmetode opdeles det enkelte lag i flere separate sektioner, der kan udskrives på én ad gangen. Dette hjælper med at sprede den termiske spænding jævnt.
Varmebehandling: For at slippe af med mere end 80 % af den resterende spænding, opvarme formen til 650 grader Celsius og lad den køle af.
Online overvågning: Brug af et infrarødt termisk billedkamera til at se temperaturfeltet i realtid og ændring af laserens kraft efter behov.
3. Materialernes omkostninger og værdi
Medicinsk-titaniumlegeringspulver koster 2000-5000 yuan pr. kilogram, hvilket er 5-10 gange mere end almindeligt formstål. Svaret er:
Pulvergenanvendelse: Ved screening og oxidationsbehandling går hastigheden for genvinding af usmeltet pulver op til 95 %.
Topologioptimeringsdesign: Reducer prisen pr. enhed og skær ned på materialeforbruget med 30 % til 50 %.
Stor-produktion: Prisen pr. styk er kommet tættere på traditionelle metoder takket være bedre udstyrseffektivitet (f.eks. kan Huashu High tech FS1211M-udstyr udskrive med en hastighed på 50 cm ³/t).