Mogu li se kalupi za medicinske uređaje također proizvoditi pomoću metalne 3D štampe?

一, Gledajući glavne prednosti tehnologije metalne 3D štampe
1. Geometrijski stupnjevi slobode i dizajn za konformno hlađenje
Procedure bušenja ograničavaju kanale za hlađenje u tradicionalnim kalupima, tako da obično koriste linearne ili jednostavne unakrsne arhitekture. To čini hlađenje manje efikasnim, a temperaturu neujednačenom. Selektivno lasersko topljenje (SLM) i topljenje elektronskim snopom (EBM) su dvije tehnologije koje omogućavaju slobodno dizajniranje konformnih kanala za hlađenje koristeći 3D štampanje metala. Na primjer, u ortopedskim kalupima za implantate, korištenje softvera za simulaciju za optimizaciju putanje vode tako da razmak između kanala rashladne vode i površine šupljine kalupa ostane unutar 2 mm može uštedjeti ciklus brizganja za 35% i smanjiti savijanje proizvoda za 60%. Ovaj dizajn je veoma važan za izradu kalupa za srčane stentove jer kanali za hlađenje na mikro{8}} nivou preciznosti osiguravaju da se materijali stenta ravnomjerno skupljaju tokom procesa oblikovanja, što sprječava stvaranje pukotina zbog koncentracije naprezanja.
2. Garancija biokompatibilnosti i performansi materijala
Kalupi za medicinske uređaje moraju ispunjavati vrlo visoke kriterije biokompatibilnosti. 3D štampanje metala omogućava direktno oblikovanje materijala uključujući leguru titana (Ti6Al4V), leguru kobalt hroma (CoCrMo) i medicinski nerđajući čelik (316L), koji su svi certificirani kao biokompatibilni prema ISO 10993. Na primjer, Ti6Al4V titanijum legura za izradu kalupa je uobičajena jer se lako koristi za izradu kalupa jer se često koristi za spajanje spojeva. je bezbedan za upotrebu sa ljudskim kostima. Možete regulisati veličinu zrna materijala između 10 i 50 μm promjenom postavki ispisa, kao što su snaga lasera i brzina skeniranja. Ovo uspostavlja ravnotežu između mehaničkih kvaliteta i biološke aktivnosti.
3. Dizajn koji je istovremeno lagan i funkcionalan
Metalna 3D štampa omogućava lagane dizajne kao što su rešetkaste strukture i rešetkaste strukture. Ovo smanjuje upotrebu materijala, a istovremeno osigurava da je kalup jak. Na primjer, Platinumov šuplji rešetkasti kanal za hlađenje za kalupe lopatica motora aviona smanjuje težinu za 40% i povećava efikasnost hlađenja na 2,3 puta veću od standardnih dizajna. Ovaj dizajn se koristi u medicinskoj struci za krajnje efektorske kalupe hirurških robota. Smanjuje broj koraka potrebnih za sastavljanje opreme i čini je pouzdanijom dodavanjem funkcionalnih elemenata kao što su rupe za montažu termoelementa i kanali za fluid.
2, Uobičajeni slučajevi upotrebe i studije slučaja
1. Izrada kalupa za ortopedske implantate
Slučaj: Kalup za 3D-štampani implantat kuka
3D ACT sistem umjetnog zgloba kuka kompanije Aikang Medical koristi tehnologiju bimetalne 3D štampe za izradu kalupa femuralne kosti. Sloj za vezivanje kosti je napravljen od legure titana Ti6Al4V, koja ima mikroporoznu strukturu koja potiče rast koštanih ćelija; sloj otporan na habanje- je napravljen od legure CoCrMo kobalt hroma, koja ima površinsku 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. Izrada kalupa za kardiovaskularne stentove
Slučaj: Kalup za vaskularni stent mikro veličine
Za izradu vaskularnih stentova, tačnost procesa proizvodnje treba biti između 10 i 50 μm. To je teško učiniti tipičnom obradom. Tim Univerziteta nauke i tehnologije Huazhong koristio je SLM tehnologiju za izradu Nitinol stent kalupa. Nepreciznost promjera žice stenta bila je manja od 2 μm zbog kontrolnih faktora kao što su debljina sloja (20 μm) i snaga lasera (150W). U modelu koronarne arterije svinja, stent napravljen ovim kalupom pokazuje veliku podršku i fleksibilnost, sa 40% nižom stopom tromboze od tipičnih uređaja.
3. Izrada kalupa za dijelove medicinske opreme
Kućište: žičani kalup za filter protiv raspršivanja CT skenera
Dunlee-jev 3D odštampan filter rešetkasti kalup od čistog volframa koristi EBM tehnologiju za izradu zamršenih konusnih oblika u jednom potezu. U poređenju sa standardnim metodama glodanja, filterska mreža ovog kalupa može povećati odnos signala-i-šuma konusnog snopa CT za 1,7 puta i smanjiti otpadni materijal za 85%. Takođe, visoka gustina čistog volframa (19,3 g/cm ³) štiti od X- zraka, što održava kvalitet slike dobrim.
3, Problemi i rješenja u tehnologiji
1. Kvalitet površine i proces nakon obrade
Hrapavost površine metalnih kalupa za 3D štampu obično je između Ra6 i Ra10 μm. Nakon tretmana, uključujući elektrolitičko poliranje i pjeskarenje, potrebno ga je smanjiti na Ra0,8 μm ili niže. Metoda hemijskog mehaničkog poliranja (CMP) Pekinškog instituta za aeronautičku proizvodnju može učiniti površinu kalupa Ti6Al4V glatkijom, svodeći ih na Ra0,2 μm, što je standard za medicinsku opremu.
2. Kontrola zaostalog naprezanja
Tokom procesa štampanja, brzo zagrijavanje i hlađenje može lako uzrokovati nakupljanje preostalog naprezanja i promjenu oblika kalupa. odgovor je:
Optimiziranje procesa: Koristeći metodu otočnog skeniranja, jedan sloj se dijeli na nekoliko odvojenih dijelova koji se mogu štampati jedan po jedan. Ovo pomaže da se toplotni stres ravnomjerno rasporedi.
Toplinska obrada: Da biste se riješili više od 80% preostale napetosti, zagrijte kalup na 650 stepeni Celzijusa i ostavite ga da se ohladi.
Online praćenje: Korištenje infracrvene termalne slike za praćenje temperaturnog polja u realnom vremenu i promjenu snage lasera po potrebi.
3. Cijena i vrijednost materijala
Medicinski{0}}prašak od legure titanijuma košta 2000–5000 juana po kilogramu, što je 5–10 puta više od običnog čelika za kalupe. odgovor je:
Recikliranje praha: Prosijavanjem i oksidacijskim tretmanom, stopa oporavka neotopljenog praha ide do 95%.
Dizajn optimizacije topologije: Smanjite troškove po jedinici i smanjite upotrebu materijala za 30% do 50%.
Velika-proizvodnja: Cijena po komadu se približila tradicionalnim metodama zahvaljujući boljoj efikasnosti opreme (na primjer, Huashu High tech FS1211M oprema može štampati brzinom od 50 cm ³/h).