1, Technisch principe: synergetisch effect van materiaalkeuze en structurele optimalisatie
De kern van de 3D-printtechnologie voor metaal om de herbruikbaarheid van medische hulpmiddelen te verbeteren ligt in de unieke materiaalkeuze en structurele optimalisatiemogelijkheden.
Materiaalkeuze:
Titaniumlegering (Ti6Al4V): Als het meest gebruikte medische metaal vormt zich spontaan een dichte beschermende laag titaniumdioxide (TiO₂) op het oppervlak van de titaniumlegering, waardoor corrosie door lichaamsvloeistoffen effectief wordt weerstaan. De uitstekende biocompatibiliteit en mechanische eigenschappen maken het tot het voorkeursmateriaal voor orthopedische implantaten en tandheelkundige restauraties.
Kobalt-chroomlegering: vertoont uitstekende slijtvastheid en hardheid in omgevingen met hoge wrijving, en de op het oppervlak gevormde oxidefilm verbetert de corrosieweerstand verder. Op grote schaal gebruikt op gebieden zoals kunstmatige gewrichten en cardiovasculaire stents.
Poreuze titaniumstructuur: Poreus titanium vervaardigd door middel van laserpoederbedsmelttechnologie (PBF-LB) past niet alleen de stijfheid van implantaten aan en bevordert de groei van botweefsel, maar de complexe poriestructuur vergemakkelijkt ook de vloeistofcirculatie en vermindert het risico op lokale corrosie.
Structurele optimalisatie:
Complex poriënontwerp: Complexe poriënstructuren die moeilijk te realiseren zijn met traditionele technieken, kunnen eenvoudig worden gerealiseerd bij 3D-printen van metaal. Deze poriën verminderen niet alleen het gewicht van de apparatuur, maar verbeteren ook de duurzaamheid en herbruikbaarheid van de apparatuur door de spanningsverdeling te optimaliseren, waardoor de kans op corrosie wordt verkleind.
Functioneel geclassificeerde materialen: Door gradiëntveranderingen in de materiaalsamenstelling binnen hetzelfde onderdeel te bereiken, kan de corrosieweerstand op specifieke gebieden worden verbeterd, terwijl de algehele sterkte en taaiheid van de constructie behouden blijft.
2, Technische uitdagingen en oplossingen: overgang van laboratoria naar grootschalige toepassingen
Hoewel de 3D-printtechnologie voor metaal aanzienlijke voordelen heeft opgeleverd bij het verbeteren van de herbruikbaarheid van medische apparaten, wordt de grootschalige toepassing ervan- nog steeds geconfronteerd met enkele uitdagingen:
Materiële beperkingen:
Kostenprobleem: Hoogwaardige materialen zoals titaniumlegeringen brengen hoge kosten met zich mee, wat de toepassing van medische wegwerphulpmiddelen beperkt. De oplossing omvat het onderzoeken van goedkope- materialen zoals roestvrij staal van medische kwaliteit (zoals 316L) en het verlagen van de materiaalkosten door middel van grootschalige- productie.
Afbreekbare materialen: De snelle afbraakeigenschappen van biologisch afbreekbare materialen zoals magnesiumlegeringen en zinklegeringen in vivo vereisen verdere optimalisatie door legering of oppervlaktebehandeling om controleerbare afbraaksnelheden te bereiken.
Nauwkeurigheid van afdrukken en na{0}}verwerking:
Uniformiteit van fijne structuur: De uniformiteit van de poriënstructuur (zoals een poriegrootte van 0,5 mm) beïnvloedt de corrosieweerstand en mechanische eigenschappen van de apparatuur. De printnauwkeurigheid moet worden verbeterd door printparameters zoals laservermogen en scansnelheid te optimaliseren.
Nabewerkingstechnologie: Na het printen moet de apparatuur na-bewerkingen ondergaan, zoals polijsten en slijpen, om oppervlaktedefecten te verwijderen, de corrosieweerstand en de biocompatibiliteit te verbeteren.
Sterilisatie- en faalproblemen:
Herhaalde hittesterilisatie kan leiden tot het falen van materialen zoals titaniumlegeringen en polymeren. We moeten gespecialiseerde medische materialen ontwikkelen die bestand zijn tegen hoge temperaturen en chemische corrosie, of sterilisatiemethoden bij lage- temperaturen gebruiken, zoals sterilisatie met ethyleenoxide, gammastraling, enz.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3d-printing-copper-heatsink.html