3D打印技术在医疗领域的应用,无疑带来了前所未有的创新、突破和行业的飞速增长。这种曾经被视为前沿的制造技术,如今已成为医疗行业中不可或缺的重要工具。3D打印技术的优势显著,这些优势在医疗行业中尤为关键且作用巨大。它具备速度快、功能多样、材料选择广泛、个性化定制、可重复性以及能够制造高度复杂部件的能力。
3D打印技术在医疗行业的运用广泛,涵盖了制造个性化假肢和矫形器、医疗植入物、为手术准备定制的解剖模型、解剖研究模型、医疗辅助工具、医疗设备原型、手术工具以及普通医疗设备等多个方面。
医疗行业对所用材料的要求
三维打印技术十分普及,它可以兼容多种塑料、弹性体和金属材料。但值得注意的是,并不是所有的3D打印材料都适合制造医疗产品。在医疗行业中,对材料的要求非常严格。以下是一些医用3D打印材料所必须具备的关键特性:
生物兼容性:制造植入物和内部医疗设备等产品的材料,首要条件就是必须拥有出色的生物兼容性。这意味着这些材料在与人体生物系统接触时,必须保证完全无不良反应。这种特性对于植入物、假牙、器官/骨骼置换、心脏起搏器等需要直接与人体组织接触的医疗产品来说,显得尤为重要。
可消毒性: 鉴于医疗行业的卫生标准极高,消毒成为了不可或缺的一环。因此,医疗3D打印材料必须具备可消毒性,以确保其在多次使用后仍能保持洁净,防止交叉感染。
生物可用性:对于假肢、假牙、植入物和人造器官等身体部位的替代品来说,仅仅满足生物兼容性是远远不够的。它们还需要具备与原身体部位相似的物理特性。比如,骨替代材料需要坚硬且结实,以保证足够的抗压强度;而用于打印人耳的材料则必须相对柔软,以提供更为舒适的使用体验。
需要强调的是,不同的应用对材料的要求也会有所不同。
PA 12 (尼龙)
这是一种轻质、耐腐蚀、耐化学腐蚀的广泛使用的材料。它不仅拥有出色的拉伸强度和冲击强度,还兼具了坚韧与灵活的特性。尼龙PA12材料可以通过环氧乙烷、化学、伽马射线辐照、气体等离子体和蒸汽高压灭菌器等多种方式进行消毒。利用MJF或SLS三维打印技术,尼龙PA12材料可以精确成型。作为一种医疗级材料,尼龙PA12已通过ISO认证和USP I-IV级认证,因此,它在假肢制造领域得到了广泛应用。
聚醚酰亚胺 (ULTEM 1010)
ULTEM 1010在众多FDM热塑性塑料中脱颖而出,其强度、耐热性和耐化学性均属顶尖。同时,它还具备出色的生物相容性,可通过伽马辐照、环氧乙烷、气体等离子体和高压蒸汽等多种方式进行灭菌。因此,ULTEM 1010常被用于打印手术导板、原型和假肢等医疗产品。
硅胶 (Sil 30)
硅胶是一种耐热、抗撕裂、高弹性的生物相容性弹性体。它通常用于制造与皮肤接触的可穿戴设备,如呼吸面罩。它还可用于打印植入物。硅胶可使用 Carbon DLS 三维打印技术打印。
钛 (Ti6Al4V)
钛无疑是医疗行业中备受推崇的金属之一。其广泛应用的背后,源于其众多卓越的特性,特别是与人体骨骼的高度相似性。钛拥有极高的强度、出色的耐热性和硬度,同时具备良好的耐腐蚀性和非反应性。此外,它还可以通过多种方法进行消毒,展现出高度的生物相容性。
在医疗行业中,钛被广泛应用于制造定制的骨科植入物,如骨和关节置换、牙科植入物以及颅骨板等。不仅如此,它还被用于制造各种医疗工具。这些应用都得益于DMLS(直接金属激光烧结)技术的支持,使得钛材料能够以高精度和高质量的方式被打印出来。
不锈钢 (17-4PH)
不锈钢是一种高强度金属,具备生物相容性,可以通过多种灭菌方法进行灭菌处理。然而,它的耐腐蚀性相对较短,特别是在植入物方面,其性能不如钛和钴铬合金。尽管如此,不锈钢仍是外科工具和临时植入物的理想选择。使用DMLS技术打印不锈钢的成本也相对较低,相较于钛和钴铬合金更具经济性。
结论
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