Металлическая 3D-печать в протезировании



Металлическая 3D-печать — оптимальный выбор в тех случаях, когда главными качествами изделия должны быть прочность, устойчивость и надежность, а если у изделия сложная геометрия, альтернативных способов производства просто не существует. В связи с этим металлическая печать активно используется по всему миру в биоинженерии, аэронавтике, космонавтике, архитектуре, протезировании и так далее. Для 3D-печати можно применять совершенно разные материалы, от мягкого пластика до титана, каждый — в зависимости от предназначения детали или изделия.

В производстве нашей компании доступны следующие материалы для металлической 3D-печати:
• DirectMetal 20: металлический порошок на основе бронзы;
• CobaltChrome MP1: сверхпрочный сплав кобальт-хром-молибден;
• StainlessSteel GP1: нержавеющая сталь;
• Ti6A14V ELI: биосовместимый титан;
• StainlessSteel 316L: нержавеющая сталь;
• AlSi10Mg: алюминиевый сплав;
• StainlessSteel PH1: нержавеющая сталь;
• MaragingSteel MS1: мартенситно-стареющая сталь.

В 3D-печати используются и другие металлы:
• платина;
• золото;
• серебро;
• металл с гальванопократием;
• латунь;
• бронза.

В последнее время 3D-сканирование и металлическая 3D-печать очень активно применяются в протезировании. Причин такой популярности несколько: удобство, простота и экономия. 3D-сканирование вместо изготовления слепка позволяет прежде всего избежать психологического и физического дискомфорта у пациента, особенно если ампутация произошла недавно. Быстрое сканирование, автоматически преобразующее результат в готовую 3D-модель, не вызывает у человека тревоги и негативных эмоций. Помимо этого, сканирование существенно экономит время изготовления протеза (не нужно ждать, когда застынет слепок), нет риска потерять или сломать слепок.

Процесс металлической 3D-печати, а именно прямого лазерного спекания металлов — DMLS (Direct Metal Laser Sintering) позволяет спекать вместе мельчайшие частицы металлического порошка. Эта техника идеально подходит для серийного производства, а функциональные части могут быть впоследствии обработаны так же, как и литые детали.

Использование DMLS-технологии в сфере протезирования позволяет делать бюджетные протезы даже с очень сложным дизайном, конструировать детали, которые раньше, в эпоху механических технологий, трудно было даже представить!
Что касается материалов, подходящих для производства с помощью аддитивных технологий, стоит отметить марагеновую сталь, или, как её еще называют, мартенситно-стареющую. Благодаря своей долговечности и прочности использование марагеновой стали влечет за собой уменьшение количества расходных материалов, а также затрат на работу и время производства. А вот машинное производство изделий из подобного сплава весьма затратно из-за быстрого износа оборудования.

Аддитивные технологии также устраняют привычные ограничения и сдерживающие факторы ручного проектирования. Возможность создавать любое количество функциональных 3D-дизайнов для каждой отдельной части будущего продукта открывает воистину безграничные возможности. Ведь чтобы обеспечить максимальную подвижность изделия, качественный протез должен включать в себя множество мелких деталей, имеющих сложную геометрию.

Прямое лазерное спекание металлов позволяет печатать сборные изделия по частям, устраняя линии сплавления и швы, которые часто являются слабыми местами и увеличивают затраты на производство. Бионические формы и непрерывное взаимодействие частей протеза, приближенное с максимальной точностью к движениям в человеческом теле, улучшают управление протезом и делают его использование практически естественным процессом.

Мы использовали металлическую 3D-печать для производства активного тягового протеза кисти. Изначально при печати протеза использовался полиамид, однако при последующей эксплуатации протеза обнаружились его слабые места: те части протеза, где крепятся пальцы, испытывали слишком большие нагрузки. В связи с этим было решено усовершенствовать протез и заменить детали, наиболее подверженные износу. Для этого мы решили прибегнуть к металлической 3D-печати.
По технологии прямого лазерного спекания металлов (DLMS) были созданы детали для частей протеза, подвергающихся максимальным нагрузкам — соединения искусственной кисти с пальцами. Для данного изделия мы применяли StainlessSteel 316L (нержавеющую сталь), так как ее главное достоинство — это высокая устойчивость к коррозии, которая необходима протезу кисти. Детали не должны заржаветь, если на них пролить воду или кратковременно использовать под водой. На вес протеза замена материала не повлияла, так как он в принципе довольно легок, а изменения в несколько граммов не ощущаются человеческим телом.

Оценка результата проведена опытным путем — ведь устанавливались эти протезы самым активным «пользователям», то есть детям. После нескольких установок протеза пришла убежденность, что «нововведение» прижилось, оно оправдано. Помимо этого после тестирования в лабораторных условиях стало ясно, что теперь протез практически невозможно сломать.
3D-печать прочно обосновалась в сфере протезирования в связи со своей экономичностью, высокой точностью и быстротой производства. Однако это еще не все причины ее перспективности! Во‑первых, протез можно изготовить не только целиком из стали, но и из абсолютно разных материалов, которые будут отвечать нуждам пациента. Во‑вторых, металлическая 3D-печать позволяет делать в деталях микропрорези и решетчатые структуры за счет чего может быть существенно снижен вес изделия, а функциональность будет сохранена. В‑третьих, гильза протеза, выполненная вручную, часто причиняет пациенту дискомфорт — она может натирать, впиваться, она не дышит. Эта проблема одна из самых серьезных, но и для нее скоро найдется
решение.

Сейчас во всем мире кроме разработок в сфере экзопротезирования, то есть изготовления съемных внешних протезов, ведутся также активные исследования на стыке протезирования и хирургического вмешательства — в эндопротезировании. Уже несколько лет исследуется возможность имплантации гильзы протеза конечности в кость пациента. Имплантат будет проходить через кожу и вводится непосредственно в кость, таким образом гильза будет единственной статичной деталью, постоянно соединенной с телом, тогда как остальной протез можно будет отсоединить при необходимости.

Такое «встраивание» предполагает более естественное соединение конечности-протеза с телом пациента, позволяя лучше контролировать движения, а также избавляя от дискомфорта и боли, которые приносит обычный протез, натирающий кожу и мягкие ткани.
Также использование «встроенного» протеза предполагает большую сенсорную отдачу при взаимодействии с окружающими предметами. Однако в ближайшее время вживление протеза в тело будет осуществляться только в специфических случаях, по специальным медицинским предписаниям.
Подводя итог, скажем, что распространение металлической 3D-печати в протезировании – абсолютно закономерная тенденция, ведь именно метал имеет такие необходимые для протеза свойства, как прочность и надежность, а аддитивные технологии позволяют избежать привычных минусов металлических деталей, таких как тяжесть, недостаточная подвижность, большие затраты на производство и так далее.

 

Татьяна Румянцева,
cооснователь инженерно-производственной компании can-touch.ru

 

Источник: Журнал АТ №2'2017, стр. 26-27

Теги: 

3D-печать, металлическая 3D печать, пластик, титан, бронза, нержавеющая сталь, алюминиевый сплав, 3D сканирование, протезирование, протез, съемный внешний протез, 3D модель, лазерное спекание металлов, DLMS, аддитивные технологии, 3D дизайн,

 

Внимание!
Принимаем к размещению новости, статьи или пресс-релизы
со ссылками и изображениями. info@additiv-tech.ru