Ali je mogoče kalupe za medicinske pripomočke izdelati tudi s 3D tiskanjem kovin?

一, Če pogledamo glavne prednosti tehnologije 3D tiskanja kovin
1. Geometrijske prostostne stopnje in načrtovanje za konformno hlajenje
Postopki vrtanja omejujejo hladilne kanale v tradicionalnih kalupih, zato običajno uporabljajo linearne ali preproste križne arhitekture. Zaradi tega je hlajenje manj učinkovito in temperatura neenakomerna. Selektivno lasersko taljenje (SLM) in taljenje z elektronskim žarkom (EBM) sta dve tehnologiji, ki omogočata prosto oblikovanje konformnih hladilnih kanalov z uporabo kovinskega 3D tiskanja. Na primer, pri ortopedskih kalupih za vsadke lahko uporaba simulacijske programske opreme za optimizacijo vodne poti, tako da razdalja med kanalom hladilne vode in površino votline kalupa ostane znotraj 2 mm, prihrani cikel brizganja za 35 % in zmanjša zvijanje izdelka za 60 %. Ta zasnova je zelo pomembna za izdelavo kalupov za srčne opornice, ker natančni hladilni kanali na mikro-ravni zagotavljajo, da se materiali opornic med postopkom oblikovanja enakomerno skrčijo, kar preprečuje nastanek razpok zaradi koncentracije napetosti.
2. Garancija biokompatibilnosti in učinkovitosti materiala
Kalupi za medicinske pripomočke morajo izpolnjevati zelo visoke kriterije biokompatibilnosti. Kovinski 3D-tiskanje omogoča neposredno oblikovanje materialov, vključno s titanovo zlitino (Ti6Al4V), kobalt-kromovo zlitino (CoCrMo) in medicinskim nerjavnim jeklom (316L), ki so bili vsi certificirani kot biokompatibilni s standardom ISO 10993. Na primer, titanova zlitina Ti6Al4V se običajno uporablja za izdelavo kalupov za nadomestne vsadke za sklepe, saj ne rjavi zlahka. in je varen za uporabo s človeškimi kostmi. S spreminjanjem nastavitev tiskanja, kot sta moč laserja in hitrost skeniranja, lahko uravnavate velikost zrn materiala med 10 in 50 μm. To vzpostavlja ravnotežje med mehanskimi lastnostmi in biološko aktivnostjo.
3. Dizajn, ki je hkrati lahek in funkcionalen
Kovinski 3D-tiskanje omogoča lahke modele, kot so rešetkaste strukture in rešetkaste strukture. To zmanjša porabo materiala, hkrati pa zagotavlja, da je kalup močan. Na primer, Platinumov votli rešetkasti hladilni kanal za kalupe za lopatice letalskih motorjev zmanjša težo za 40 % in poveča učinkovitost hlajenja na 2,3-krat večjo učinkovitost standardnih modelov. Ta zasnova se uporablja v medicinski stroki za kalupe za končne efektorje kirurških robotov. Zmanjšuje število korakov, potrebnih za sestavljanje opreme, in jo naredi bolj zanesljivo z dodajanjem funkcionalnih elementov, kot so pritrdilne luknje za termočlene in kanali za tekočino.
2, Primeri običajne uporabe in študije primerov
1. Izdelava kalupov za ortopedske vsadke
Primer: Kalup za 3D-natisnjen kolčni vsadek
Sistem umetnih kolčnih sklepov 3D ACT podjetja Aikang Medical uporablja tehnologijo bimetalnega 3D tiskanja za izdelavo kalupa stebla stegnenice. Kostna vezna plast je narejena iz titanove zlitine Ti6Al4V, ki ima mikroporozno strukturo, ki spodbuja rast kostnih celic; obrabno-odporna plast je narejena iz CoCrMo kobalt-kromove zlitine, ki ima površinsko hrapavost 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. Izdelava kalupov za kardiovaskularne stente
Ohišje: Kalup za vaskularni stent mikro velikosti
Za izdelavo žilnih stentov mora biti natančnost proizvodnega procesa med 10 in 50 μm. To je težko narediti s tipično strojno obdelavo. Ekipa Univerze za znanost in tehnologijo Huazhong je uporabila tehnologijo SLM za izdelavo kalupov za stent Nitinol. Netočnost premera žice stenta je bila manjša od 2 μm z nadzorom dejavnikov, kot sta debelina plasti (20 μm) in moč laserja (150 W). V modelu prašičjih koronarnih arterij kaže stent, izdelan s tem kalupom, odlično podporo in fleksibilnost, s 40 % nižjo stopnjo tromboze kot tipične naprave.
3. Izdelava kalupov za dele medicinske opreme
Ohišje: Kalup z žično mrežo za filter proti -razprševanju skenerja CT
Dunleejev 3D natisnjen kalup za filtrsko mrežo iz čistega volframa uporablja tehnologijo EBM za izdelavo zapletenih stožčastih oblik v enem zamahu. V primerjavi s standardnimi metodami rezkanja lahko filtrirna mreža tega kalupa poveča razmerje med signalom-in-šumom CT stožčastega žarka za 1,7-krat in zmanjša materialne odpadke za 85 %. Poleg tega visoka gostota čistega volframa (19,3 g/cm³) ščiti pred rentgenskimi-žarki, zaradi česar je kakovost slike dobra.
3, Problemi in rešitve v tehniki
1. Kakovost površine in postopek po obdelavi
Površinska hrapavost kovinskih kalupov za 3D tiskanje je običajno med Ra6 in Ra10 μm. Po obdelavi, vključno z elektrolitskim poliranjem in peskanjem, ga je treba znižati na Ra0,8 μm ali manj. Metoda kemično mehanskega poliranja (CMP) Pekinškega inštituta za letalsko proizvodnjo lahko naredi površino kalupov iz Ti6Al4V bolj gladko in jih zmanjša na Ra0,2 μm, kar je standard za medicinsko opremo.
2. Nadzor preostale napetosti
Med postopkom tiskanja lahko hitro segrevanje in ohlajanje zlahka povzroči nastanek preostale napetosti in plesen spremeni obliko. Odgovor je:
Optimiziranje procesov: Z metodo skeniranja otoka je posamezna plast razdeljena na več ločenih delov, ki jih je mogoče natisniti enega za drugim. To pomaga enakomerno porazdeliti toplotno obremenitev.
Toplotna obdelava: Da se znebite več kot 80% preostale napetosti, segrejte kalup na 650 stopinj Celzija in pustite, da se ohladi.
Spletno spremljanje: uporaba infrardeče toplotne slike za opazovanje temperaturnega polja v realnem času in po potrebi spreminjanje moči laserja.
3. Stroški in vrednost materialov
Prašek-titanove zlitine medicinske kakovosti stane 2000–5000 juanov na kilogram, kar je 5–10-krat več kot navadno kalupno jeklo. Odgovor je:
Recikliranje prahu: S presejanjem in oksidacijsko obdelavo se stopnja pridobivanja nestaljenega prahu povzpne do 95 %.
Zasnova optimizacije topologije: znižajte stroške na enoto in zmanjšajte porabo materiala za 30 % do 50 %.
-Proizvodnja v velikem obsegu: cena na kos se je zaradi boljše učinkovitosti opreme približala ceni tradicionalnih metod (na primer, oprema Huashu High tech FS1211M lahko tiska s hitrostjo 50 cm³/h).