Nowe stawy prosto z drukarki

W technologii 3D można drukować nie tylko małe elementy z tworzywa sztucznego. Dzięki postępom w produkcji addytywnej z różnych surowców można tworzyć różne kształty. Obecnie metodą druku 3D wytwarza się dopasowane do potrzeb pacjenta implanty ortopedyczne. Pomaga w tym pompa próżniowa od grupy Busch.

Dawniej pacjent oczekujący na implant medyczny miał dwie opcje: standardowy element z katalogu lub bardzo długie oczekiwanie na indywidualne rozwiązanie. Drukowanie 3D umożliwia połączenie najlepszych cech tych opcji: anatomicznie dokładny implant i krótki czas do operacji. Lepsze dopasowanie oznacza również mniejszy dyskomfort podczas rekonwalescencji i mniejsze prawdopodobieństwo konieczności przeprowadzania kolejnych operacji.

Drukowany implant

Każde ciało jest inne. Dlatego tworzenie implantu przy użyciu tradycyjnych technik obróbki metalu może zająć tygodnie żmudnego kształtowania, frezowania i szlifowania w celu uzyskania skomplikowanej formy anatomicznej. Może to także wymagać zastosowania wielu części. Dzięki drukowi 3D proces ten jest mniej pracochłonny. Implant jest mapowany w programie projektowym dzielącym go na setki, a nawet tysiące małych fragmetów. Drukarka 3D „drukuje” następnie wszystkie poszczególne fragmenty, jeden na drugim. Proces, w którym tworzony jest tylko jeden fragment może zostać zakończony w ciągu kilku dni.

Skoncentrowane pod próżnią

Metalowe implanty są wytwarzane metodą topienia wiązką elektronów (EBM) w próżni. Najpierw pompa próżniowa firmy Busch usuwa całe powietrze z komory produkcyjnej. Następnie wolframowy drut jest podgrzewany do temperatury 2500°C, co powoduje emisję elektronów. Są one skoncentrowane we wiązce i rzutowane na złoże sproszkowanego metalu, zwykle tytanu lub kobaltu i chromu. Wiązka elektronów podgrzewa i topi cząstki proszku, z którymi styka się, przemierzając kształt określony przez program projektu. W ten sposób na dnie zbiornika proszku powstaje cienka warstwa metalu – dolna warstwa obiektu 3D. Następnie zbiornik jest opuszczany wraz z nadrukowanym materiałem, dodawana jest kolejna porcja proszku, a następna warstwa jest stapiana na pierwszej. Proces ten jest powtarzany aż do ukończenia warstwy końcowej implantu. Proces EBM jest prowadzony pod próżnią z trzech różnych powodów. Pierwszym jest precyzja. W obecności innych cząsteczek gazu wiązka elektronów może z nimi kolidować i odbijać się, powodując niewłaściwe topienie się cząsteczek metalu. Może to wywierać duży wpływ na dokładność produktu końcowego. Próżnia zapewnia również jednorodność materiału: ponieważ w komorze nie ma powietrza, w stopionym metalu nie mogą tworzyć się pęcherzyki. Wreszcie dzięki brakowi tlenu metal nie utlenia się po podgrzaniu. Oznacza to, że pozostałości proszku można wykorzystać ponownie do następnego procesu drukowania.