1, Principiul tehnic: efectul sinergic al selecției materialelor și al optimizării structurale
Miezul tehnologiei de imprimare 3D din metal pentru a îmbunătăți reutilizarea dispozitivelor medicale constă în selecția sa unică a materialelor și capabilitățile de optimizare structurală.
Alegerea materialului:
Aliaj de titan (Ti6Al4V): Fiind cel mai des utilizat metal medical, pe suprafața aliajului de titan se formează spontan un strat protector dens de dioxid de titan (TiO₂), rezistând eficient la coroziune de la fluidele corpului. Biocompatibilitatea excelentă și proprietățile mecanice îl fac materialul preferat pentru implanturi ortopedice și restaurări dentare.
Aliaj cobalt-crom: prezintă o rezistență excelentă la uzură și duritate în medii cu frecare ridicată, iar pelicula de oxid formată pe suprafață îmbunătățește și mai mult rezistența la coroziune. Folosit pe scară largă în domenii precum articulațiile artificiale și stenturile cardiovasculare.
Structură poroasă de titan: titanul poros fabricat prin tehnologia laser de topire a stratului de pulbere (PBF-LB) nu numai că ajustează rigiditatea implanturilor și promovează creșterea țesutului osos, dar structura sa complexă a porilor facilitează și circulația fluidului și reduce riscul de coroziune locală.
Optimizare structurala:
Design complex al porilor: Structurile complexe ale porilor care sunt dificil de realizat cu tehnici tradiționale pot fi realizate cu ușurință în imprimarea 3D din metal. Acești pori nu numai că reduc greutatea echipamentului, ci și îmbunătățesc durabilitatea și reutilizarea echipamentului prin optimizarea distribuției tensiunilor, reducând probabilitatea apariției coroziunii.
Materiale gradate funcțional: prin realizarea unor modificări de gradient în compoziția materialului în cadrul aceleiași componente, rezistența la coroziune poate fi îmbunătățită în anumite zone, menținând în același timp rezistența și duritatea generală a structurii.
2, Provocări tehnice și soluții: tranziția de la laboratoare la aplicații la scară largă
Deși tehnologia de imprimare 3D din metal a arătat avantaje semnificative în îmbunătățirea reutilizabilității dispozitivelor medicale, aplicația sa la scară largă-se confruntă în continuare cu unele provocări:
Limitări materiale:
Problemă de cost: Materialele de înaltă performanță, cum ar fi aliajele de titan, au costuri ridicate, ceea ce limitează aplicarea dispozitivelor medicale de unică folosință. Soluția include explorarea materialelor cu-cost redus, cum ar fi oțelul inoxidabil de calitate medicală (cum ar fi 316L) și reducerea costurilor materialelor prin producție-la scară largă.
Materiale degradabile: Caracteristicile de degradare rapidă ale materialelor biodegradabile, cum ar fi aliajele de magneziu și aliajele de zinc in vivo necesită o optimizare suplimentară prin aliere sau tratament de suprafață pentru a obține rate de degradare controlabile.
Precizia imprimării și post-procesare:
Uniformitatea structurii fine: uniformitatea structurii porilor (cum ar fi dimensiunea porilor de 0,5 mm) afectează rezistența la coroziune și proprietățile mecanice ale echipamentului. Precizia imprimării trebuie îmbunătățită prin optimizarea parametrilor de imprimare, cum ar fi puterea laserului și viteza de scanare.
Tehnologie de post-procesare: după imprimare, echipamentul trebuie să fie supus unei post-procesări, cum ar fi lustruirea și șlefuirea, pentru a elimina defectele de suprafață, pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune și biocompatibilitatea.
Probleme de sterilizare și defecțiune:
Sterilizarea repetată la căldură poate duce la defectarea materialelor precum aliajele de titan și polimerii. Trebuie să dezvoltăm materiale medicale specializate care să fie rezistente la temperaturi ridicate și la coroziune chimică sau să folosim metode de sterilizare la temperatură joasă-, cum ar fi sterilizarea cu oxid de etilenă, iradierea gamma etc.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3d-printing-copper-heatsink.html