“不再只是一个流行词”：3D 打印如何在医疗领域留下自己的印记
增材制造不再是一个流行词：它是标准做法。发现 3D 打印在医疗领域的驱动因素。在不到十年的时间里，增材制造 （AM） 已经从医疗行业会议上的热门话题发展到生产线。领先的骨科制造商现在每年使用 3D 金属打印生产数十万个假肢髋关节，使以前无法创建的复杂形状成为可能。
其他公司正在为严重事故或骨癌的受害者生产量身定制的替代骨骼。即使是使用传统技术进行实际制造的生产商也在使用增材制造来加速产品开发。
“十年前，我们谈论这个，五年前我们还在玩它，但现在我们把它用于大规模生产，”山高子公司 Premier Machine Tools 的总经理 Ciaran Dillane 说，该公司是爱尔兰医疗行业的主要供应商。
“我认为这不再是一个流行词：它是标准做法。”
骨科革命
医疗行业用于 3D 金属打印的主要技术是激光粉末床熔融 （LPBF），其中只有微米厚的金属粉末层刷过床上的生长组件，并使用激光熔合。
3D 金属打印正在成为骨科行业的标准方法，用于制造髋关节、膝盖和肩部等关节的替换组件，或用于修复颅骨损伤的网状结构，因为它可以生产传统锻造或铣削无法实现的复杂海绵或晶格结构。
晶格放置在钛与骨骼相遇的地方，然后钛穿过晶格，并在撞击坚硬表面时停止生长。与以前的“骨生长”技术相比，这种“骨向内生长”技术在骨骼和组件之间创造了更好的结合，并且消除了对骨水泥的需求，从而降低了感染的风险。
“所有的骨科制造商都有自己的这项技术版本，并且在过去五年中它已经取得了巨大的规模，”Dillane 说。
大多数使用钛粉，它具有类似于骨骼的弹性，并且与铬或包括铁在内的合金不同，它具有完全的生物相容性。山高的所有者 Sandvik 提供 2,000 多种金属粉末，其中用于增材制造的金属粉末数量不断增加（目前接近 50 种）。
扩展
增材制造也开始用于脊柱植入物，其中 3D 金属打印钛正在取代用于脊柱笼的聚合物。它用于制造为特定患者或手术量身定制的专用手术器械。
“我认为牙科的发展速度要快得多：它具有更小的组件，这些组件在公差方面并不那么重要，”山高全球业务发展经理（医疗）Andrew Fielding 解释道。未来几年将达到 [市场] 的 50-60%。
据山高增材制造部门的研发经理 Ingemar Bite 称，在所有这些情况下，组件在打印后都需要进行加工，以达到精确的最终形状并实现正确的表面光洁度。
“在加工之后，我们的表面充满了天然的孔隙率，这就是为什么我们需要加工所有承受高拉伸应力或对几何公差或表面光洁度有要求的表面，”他解释说。
这意味着，即使在计算机辅助设计阶段，也需要在考虑机械加工的情况下绘制部件的形状，为此，制造商可以从山高提供的专家帮助中受益。
长期经验
在位于瑞典斯德哥尔摩西北 175 公里处的 Fagersta 的山高工厂，自 2018 年山高购置第一台 LPBF 设备以来，Bite 的团队一直在研究增材制造工程。
“到目前为止，它一直在开发中，在我们的客户和内部进行评估和现场测试。现在我们觉得这个过程非常稳定，我们有足够的知识开始用这项技术向客户推广，“Bite 说。
然而，该公司早些时候曾与增材制造合作，与山特维肯的增材制造中心合作开发其第一款增材制造产品 – 冷却压板。
该夹具自 2017 年以来一直提供给客户，可以通过传统加工刀具无法实现的弯曲通道将冷却液引导至切削刃的特定部分。
今年早些时候，山高将增材制造和研发都搬到了今年年初为其需求重建的工厂。
“这对我们来说是一个很大的优势，在我看来：使用增材制造还有很多东西需要学习和评估，而且研发和生产在同一屋檐下紧密地工作会带来很多好处。”Bite 说。“它还为我们提供了更大的设备灵活性和对流程的更好控制。”
山高的目标是使用增材制造来生产用于传统加工的定制刀具，特别是当客户需要更好的解决方案时，只有通过这种方法才能实现。
该公司还在开发混合刀具，其中刀具的前端具有独特的刀片座、功能或冷却液出口，直接 3D 打印到传统加工的后端上。
这使得山高能够在非常具有挑战性的应用中使用刀片和/或其他刀具，从而获得功能或加工原本非常困难的材料。
增材制造刀具还有其他优点。在大多数情况下，可以在不影响刀具性能的情况下去除多达 20% 的总重量。在传统加工的后端进行 3D 打印可以缩短生产时间。
减轻重量还可以提高刀具性能，特别是在刀具具有较长悬伸的情况下，重量较轻的刀具可以增加杆中被动动态阻尼的效果。
定制假肢
虽然一些制造商正在使用该技术进行批量生产，但当需要定制时，它确实会发挥作用，根据患者特定的解剖数据设计植入物、修复体和手术导板。
Dillane 预计这将成为为严重事故或骨癌受害者生产组件的标准做法。“他们会在医院对你进行 CT 扫描，他们会了解你的骨骼处于什么状态，然后他们会以扫描的形式将其发送给其中一家骨科制造商。他们将在一夜之间对其进行逆向工程，然后将其放在 3D 打印机上并在 24 小时内打印出来。你可能会在 36 到 48 小时内走出医院。这种快速的周转时间是患者在种植牙时所习惯的，将减少患者在医院等待修复的时间。
在其他行业，较短的周转时间可以加快产品开发速度。山高最近设法帮助一家全球骨科制造商在短短六周内从最初的设计转变为完全加工的股骨组件。尽管最终组件将以传统方式锻造和铣削，但使用增材制造构建原型可将开发时间缩短一半以上。
在未来十年，增材制造似乎肯定会在骨科和牙科领域超越传统技术，为个体患者量身定制的零件将变得越来越普遍，周转时间也越来越快。该技术还可能使新的、更复杂的机械部件成为可能，例如脊柱笼和儿童的人工膝关节，这些部件可以随着他们的成长而生长，并且还可以使芯片嵌入更容易。最后，正在出现可以在增材制造和传统铣削技术之间交替使用的新机器。
“我们不再谈论机械加工。我们谈论组件成型，“Dillane 解释说。“因为对我们来说，增材制造和减材制造是紧密相连的。”
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