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金属3D打印在医疗植入物上的创新利用与认证

颁布功夫:2023-12-14浏览次数:4,064
两年前的市场分析数据显示,全球3D打印医疗器械市场,预计将从2021年的22.9亿美元增长到2022年的27.6亿美元,复合年增长率(CAGR)为20.4% 。预计到2026年,该市场将以13.0%的复合年增长率,增长到44.9亿美元 。一些3D打印医疗器械重要蕴含骨科和颅骨植入物、脊柱、手术器械、假肢、牙冠等牙齿建复体和表部建复体 。本文重要介绍常见的3D打印金属医疗器械的利用和发展的近况 。

为何选择3D打印

3D打印造作技术在医疗健全领域的优势重要体此刻以下几个方面[1] 。

  • 更大的设计自由度:3D打印允许设计新职能,造作复杂几何状态的零部件 。结构设计合理的3D打印植入物不仅能解除应力屏蔽效应,还能改善体内生物相容性和职能性 。
  • 大规模个性化:3D打印允许在一次构建(批量)中出产多个定造化设计 。实现对每个病例的精准医治 。
  • 零件整合:不仅有助于造作商降低出产成本,并且能够援腕表科医生削减手术室内的零件数量和报答谬误 。
  • 矫捷造作:一次构建可出产多种尺寸或设计,允许调整构建布局以满足库存需要 。
  • 机械匹配:植入物的设计能够利用晶格和新型结构更好地匹配人体结构的机械特点,从而削减应力屏蔽,援手固定和骨成长 。

资料及利用

医疗器械需满足肯定的尺寸精度、机械机能、生物兼容性(国际尺度ISO-10993)、耐侵蚀 。如下图所示,医用植入物可用于颅骨、下颌骨、肩胛骨、胸骨、脊柱、髋骨、膝关节和截骨有关的手术 。用于3D打印的金属资料重要为钛和钛合金,钽,医用不锈钢,选取粉床激光或电子束选区熔覆工艺[2] 。

从复杂的面部整形手术到骨科和创伤表科手术,例如颅骨的建复、下颚骨的整形,植入物的几何状态通常极度复杂 。在患者安全和中意度、医院效能和经济效益方面,3D打印的植入物能够提供更好、更可预测的了局,好比提高手术成功率,降低需二次手术的可能性 。

脊柱植入物被用来复原患者的椎间高度 。这类医疗器械通过轻量化的晶格结构设计来仿照骨骼机械个性,这里特指部件的弹性模量 。传统的造作技术无法出产出拥有晶格结构的脊柱植入物,而晶格结构拥有较高的表表积,可推进成骨细胞向植入物迁徙,并能优化多孔体的机械机能,以满足所需的加载前提 。

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3D打印颅骨、下颌骨、肩胛骨、胸骨、脊柱、髋骨、膝关节、截骨 。图源:[3]

增材造作在齿科上也有宽泛的利用 。在传统造作方式中,假牙通常是通过熔模铸造出产的 。该工艺的弊端是由于造作过程中不成控的加热和冷却,变形难以节造,产品的尺寸精度较低 。牙科产品的公差极限要求为40微米,约人类头发丝的一半 。在3D打印工艺中,这种部门可摘除假牙通常选用钴铬合金作为原资料 。

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图源:雷尼绍

工艺流程

通过结合X射线扫描、CT、核磁共振成像或超声波扫描等技术获得生物结构的医学影像,3D打印技术可为每一位病例造作专用的植入物,其解剖结构险些与受伤组织一样 。

针对3D打印植入物的常见后处置工艺有除粉,应力解除热处置,去支持,喷砂,磨料流抛光以及用往来除经喷砂和磨流抛光后留在表表的碎片以及因部门溶解而粘结在表表的粉末颗粒的电解抛光[4] 。在抛光过程中,通;崾褂靡恍┣壳质葱缘娜芗,好比用于表科植入式不锈钢装置的磷酸和硫酸混合液(ASTM A380) 。最后,用去离子水洗濯部件,干燥 。

在某些利用中,表表改性的技术好比微弧氧化和表表涂层也被使用到3D打印的支架上 。热处置能够改善部件的表表粗糙度,有助于矿物质的富集,细胞的附着和成长 。

尺度与认证

只管已经有很多临床试验使用定造化植入物,然而,由于不足有关律例或司法的领导,3D打印在医疗植入物领域的发展可能会受到故障 。

首先,医疗器械的出产必要满足质量治理系统的认证要求,好比针对定造化植入物的国际尺度ISO13485 。在销售或分销前,造作商必须向指标市场地点的国度或地域注册意向销售的医疗器械,如中国的NMPA,欧盟的MDR以及美国的FDA 。这些机构为造作商提供建议,其中蕴含3D打印医疗设备开发过程中的设备设计、造作和测试当苦衷项等 。为了确保产品的机能,造作或者服务的可沉复性以及可追忆性,地域机构会对造作商内部成立的质量治理系统进行审核 。

由于3D打印的整个工作流程始于从医学影像到数字模型和加工文件的成立,玛瑞斯率先对其设计软件产品和切片等流程进行了认证,确保加工文件和现实生物结构相一致 。为了确保.stl文件和构建文件中部件几何尺寸的精度(具体工作流程如下图所示),玛瑞斯成立了靠得住的数据库 。

此表,玛瑞斯的团队会定期通过文件调研来相识用户若何使用软件发展分歧的钻研,并从中来找到软件中影响切片正确性的弱点 。玛瑞斯在全球占有宽大的客户群体,能够更有效地对软件实现迭代升级,提高其不变性 。

医疗器械造作商在对其产品获得认证的过程中,必要依照测试尺度对产品的机械强度进行测试,可所以静、动态测试抑或是自界说的测试 。生物分析试验蕴含遗传毒性和细胞毒性试验,通常必要3-5年的功夫来网络数据,以验证医疗器械的生物兼容性 。在2021年5月之后,《欧洲医疗器械律例2017/745(MDR)》对定造化植入物进行了界说,对工业出产和尝试室部门出产进行了分辨 。

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切片软件的验证流程以及医学影像(左),数字模型(中)和两者尺寸差(右)的对比,图源:玛瑞斯

参考资料:
[1] https://www.renishaw.com/en/additive-manufacturing-for-healthcare–44974
[2] https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e17718
[3] 10.4236/mme.2020.103003
[4] https://doi.org/10.3390/ma14061376??????????
申明:本文是洞察金属增材造作转载文章,原文:https://mp.weixin.qq.com/s/-8ZXf0U2HTMBASbqIdVW-w 。内容为作者独立概想,转载请联系原作者 。如对文章有异议或投诉,请联laseradd001@126.com
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