1, Τεχνική αρχή: συνεργιστική επίδραση της επιλογής υλικού και της δομικής βελτιστοποίησης
Ο πυρήνας της μεταλλικής τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη βελτίωση της επαναχρησιμοποίησης των ιατρικών συσκευών έγκειται στη μοναδική επιλογή υλικών και στις δυνατότητες δομικής βελτιστοποίησης
Επιλογή υλικού:
Κράμα τιτανίου (Ti6Al4V): Ως το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο ιατρικό μέταλλο, ένα πυκνό προστατευτικό στρώμα διοξειδίου του τιτανίου (TiO 2) σχηματίζεται αυθόρμητα στην επιφάνεια του κράματος τιτανίου, που αντιστέκεται αποτελεσματικά στη διάβρωση από τα σωματικά υγρά. Η εξαιρετική βιοσυμβατότητα και οι μηχανικές του ιδιότητες το καθιστούν το προτιμώμενο υλικό για ορθοπεδικά εμφυτεύματα και οδοντικές αποκαταστάσεις.
Κράμα χρωμίου κοβαλτίου: παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή στη φθορά και σκληρότητα σε περιβάλλοντα υψηλής τριβής και το φιλμ οξειδίου που σχηματίζεται στην επιφάνεια ενισχύει περαιτέρω την αντοχή στη διάβρωση. Χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως οι τεχνητές αρθρώσεις και τα καρδιαγγειακά στεντ.
Πορώδης δομή τιτανίου: Το πορώδες τιτάνιο που κατασκευάζεται με τεχνολογία τήξης κλίνης σκόνης λέιζερ (PBF{0}}LB) όχι μόνο προσαρμόζει την ακαμψία των εμφυτευμάτων και προάγει την ανάπτυξη του οστικού ιστού, αλλά η πολύπλοκη δομή πόρων του διευκολύνει επίσης την κυκλοφορία του υγρού και μειώνει τον κίνδυνο τοπικής διάβρωσης.
Δομική βελτιστοποίηση:
Σχεδιασμός πολύπλοκων πόρων: Πολύπλοκες δομές πόρων που είναι δύσκολο να επιτευχθούν με παραδοσιακές τεχνικές μπορούν εύκολα να επιτευχθούν με μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση. Αυτοί οι πόροι όχι μόνο μειώνουν το βάρος του εξοπλισμού, αλλά βελτιώνουν επίσης την ανθεκτικότητα και την επαναχρησιμοποίηση του εξοπλισμού βελτιστοποιώντας την κατανομή της τάσης, μειώνοντας την πιθανότητα εμφάνισης διάβρωσης.
Λειτουργικά διαβαθμισμένα υλικά: Επιτυγχάνοντας αλλαγές κλίσης στη σύνθεση του υλικού μέσα στο ίδιο εξάρτημα, η αντίσταση στη διάβρωση μπορεί να βελτιωθεί σε συγκεκριμένες περιοχές, διατηρώντας παράλληλα τη συνολική αντοχή και σκληρότητα της δομής.
2, Τεχνικές προκλήσεις και λύσεις: Μετάβαση από τα εργαστήρια σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας
Αν και η τεχνολογία μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει δείξει σημαντικά πλεονεκτήματα στη βελτίωση της επαναχρησιμοποίησης των ιατρικών συσκευών, η εφαρμογή της σε μεγάλη κλίμακα εξακολουθεί να αντιμετωπίζει ορισμένες προκλήσεις:
Περιορισμοί υλικού:
Ζήτημα κόστους: Υλικά υψηλής απόδοσης, όπως κράματα τιτανίου, έχουν υψηλό κόστος, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή ιατρικών συσκευών μιας χρήσης. Η λύση περιλαμβάνει την εξερεύνηση-υλικών χαμηλού κόστους όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας ιατρικής ποιότητας (όπως 316L) και τη μείωση του κόστους υλικών μέσω της παραγωγής-μεγάλης κλίμακας.
Διασπώμενα υλικά: Τα χαρακτηριστικά ταχείας αποδόμησης βιοαποικοδομήσιμων υλικών όπως τα κράματα μαγνησίου και τα κράματα ψευδαργύρου in vivo απαιτούν περαιτέρω βελτιστοποίηση μέσω κράματος ή επιφανειακής επεξεργασίας για την επίτευξη ελεγχόμενων ρυθμών αποδόμησης.
Ακρίβεια εκτύπωσης και μετα{0}}επεξεργασία:
Ομοιομορφία λεπτής δομής: Η ομοιομορφία της δομής των πόρων (όπως το μέγεθος πόρων 0,5 mm) επηρεάζει την αντοχή στη διάβρωση και τις μηχανικές ιδιότητες του εξοπλισμού. Η ακρίβεια εκτύπωσης πρέπει να βελτιωθεί με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων εκτύπωσης, όπως η ισχύς λέιζερ και η ταχύτητα σάρωσης.
Τεχνολογία μετα-επεξεργασίας: Μετά την εκτύπωση, ο εξοπλισμός πρέπει να υποβληθεί σε μεταγενέστερη-επεξεργασία, όπως γυάλισμα και λείανση για την αφαίρεση επιφανειακών ελαττωμάτων, τη βελτίωση της αντοχής στη διάβρωση και της βιοσυμβατότητας.
Ζητήματα αποστείρωσης και αποτυχίας:
Η επαναλαμβανόμενη θερμική αποστείρωση μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία υλικών όπως τα κράματα τιτανίου και τα πολυμερή. Πρέπει να αναπτύξουμε εξειδικευμένα ιατρικά υλικά που να είναι ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες και στη χημική διάβρωση ή να χρησιμοποιήσουμε μεθόδους αποστείρωσης σε χαμηλή-θερμοκρασία, όπως αποστείρωση με οξείδιο του αιθυλενίου, ακτινοβολία γάμμα κ.λπ.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3d-printing-copper-heatsink.html