Tıbbi cihaz kalıpları da metal 3D baskı kullanılarak üretilebilir mi?

一, Metal 3D baskı teknolojisinin temel faydalarına bakmak
1. Geometrik serbestlik dereceleri ve konformal soğutma için tasarım
Delme prosedürleri geleneksel kalıplardaki soğutma kanallarını sınırlandırır, dolayısıyla normalde doğrusal veya basit çapraz mimariler kullanırlar. Bu, soğutmanın daha az verimli olmasına ve sıcaklığın dengesiz olmasına neden olur. Seçici Lazer Eritme (SLM) ve Elektron Işını Eritme (EBM), metal 3D baskı kullanarak uyumlu soğutma kanallarının serbestçe tasarlanmasını mümkün kılan iki teknolojidir. Örneğin, ortopedik implant kalıplarında, soğutma suyu kanalı ile kalıp boşluğu yüzeyi arasındaki mesafenin 2 mm içinde kalması için su yolunu optimize etmek üzere simülasyon yazılımının kullanılması, enjeksiyon kalıplama döngüsünde %35 oranında tasarruf sağlayabilir ve ürün çarpıklığını %60 oranında azaltabilir. Bu tasarım, kalp stent kalıpları yapmak için çok önemlidir, çünkü mikro-düzeyde hassas soğutma kanalları, stent malzemelerinin kalıplama işlemi sırasında eşit şekilde büzülmesini sağlar, bu da stres konsantrasyonu nedeniyle çatlakların oluşmasını önler.
2. Biyouyumluluk ve malzeme performansı garantisi
Tıbbi cihazlara yönelik kalıpların çok yüksek biyouyumluluk kriterlerini karşılaması gerekir. Metal 3D baskı, tümü ISO 10993 tarafından biyouyumlu olduğu onaylanan titanyum alaşımı (Ti6Al4V), kobalt krom alaşımı (CoCrMo) ve tıbbi paslanmaz çelik (316L) gibi malzemelerin doğrudan kalıplanmasına olanak tanır. Örneğin, Ti6Al4V titanyum alaşımı, kolayca paslanmadığından ve insan kemikleriyle kullanımı güvenli olduğundan eklem replasman implantları için kalıp yapımında yaygın olarak kullanılır. Lazer gücü ve tarama hızı gibi yazdırma ayarlarını değiştirerek malzemenin tane boyutunu 10 ila 50 μm arasında düzenleyebilirsiniz. Bu, mekanik nitelikler ile biyolojik aktivite arasında bir denge kurar.
3. Hem hafif hem de işlevsel bir tasarım
Metal 3D baskı, kafes yapıları ve kafes yapıları gibi hafif tasarımlara olanak tanır. Bu, kalıbın güçlü olmasını sağlarken malzeme kullanımını azaltır. Örneğin, Platinum'un uçak motoru kanat kalıplarına yönelik içi boş kafes soğutma kanalı, ağırlığı %40 oranında azaltır ve soğutma verimliliğini standart tasarımlara göre 2,3 katına çıkarır. Bu tasarım tıp mesleğinde cerrahi robotların uç efektör kalıplarında kullanılmaktadır. Ekipmanı bir araya getirmek için gereken adım sayısını azaltır ve termokupl montaj delikleri ve sıvı kanalları gibi işlevsel öğeler ekleyerek ekipmanı daha güvenilir hale getirir.
2, Yaygın kullanım örnekleri ve örnek olay çalışmaları
1. Ortopedik implantlar için kalıp yapımı
Vaka: 3D-baskılı kalça implantı kalıbı
Aikang Medical'in 3D ACT yapay kalça eklemi sistemi, femoral kök kalıbını yapmak için bimetalik 3D baskı teknolojisini kullanıyor. Kemik bağlama tabakası, kemik hücresi büyümesini teşvik eden mikro gözenekli bir yapıya sahip olan Ti6Al4V titanyum alaşımından yapılmıştır; aşınmaya-dirençli katman, Ra yüzey pürüzlülüğüne sahip CoCrMo kobalt krom alaşımından yapılmıştır<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. Kardiyovasküler stentler için kalıp yapımı
Vaka: Mikro boyutlu vasküler stent için kalıp
Vasküler stent yapmak için üretim sürecinin doğruluğunun 10 ila 50 μm arasında olması gerekir. Bunu tipik işlemeyle yapmak zordur. Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ekibi, Nitinol stent kalıpları yapmak için SLM teknolojisini kullandı. Stent teli çapı yanlışlığı, katman kalınlığı (20 μm) ve lazer gücü (150W) gibi faktörler kontrol edilerek 2 μm'den azdı. Domuz koroner arter modelinde bu kalıpla yapılan stent, tipik cihazlara göre %40 daha düşük tromboz oranıyla mükemmel destek ve esneklik gösterir.
3. Tıbbi ekipman parçaları için kalıp yapmak
Kutu: CT tarayıcının- saçılma önleyici filtresi için tel ızgara kalıbı
Dunlee'nin saf tungsten 3D baskılı filtre ızgarası kalıbı, tek seferde karmaşık konik şekiller oluşturmak için EBM teknolojisini kullanır. Standart frezeleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında, bu kalıbın filtre ızgarası, konik ışın CT'nin sinyal-gürültü{- oranını 1,7 kat artırabilir ve malzeme israfını %85 azaltabilir. Ayrıca saf tungstenin yüksek yoğunluğu (19,3 g/cm ³) X-ışınlarına karşı koruma sağlayarak görüntü kalitesini iyi tutar.
3, Teknolojideki sorunlar ve çözümler
1. Yüzeyin kalitesi ve işlem sonrası süreç
Metal 3D baskı kalıplarının yüzey pürüzlülüğü normalde Ra6 ile Ra10 μm arasındadır. Elektrolitik parlatma ve kumlama dahil olmak üzere işlemden sonra Ra0,8 μm veya daha düşük bir değere indirilmesi gerekir. Pekin Havacılık Üretim Enstitüsü'nün kimyasal mekanik parlatma (CMP) yöntemi, Ti6Al4V kalıpların yüzeyini daha pürüzsüz hale getirerek bunları tıbbi ekipman standardı olan Ra0,2 μm'ye düşürebilir.
2. Artık stresin kontrolü
Baskı işlemi sırasında hızlı ısıtma ve soğutma, kolaylıkla artık gerilimin oluşmasına ve kalıbın şeklinin değişmesine neden olabilir. Cevap:
Süreçlerin optimize edilmesi: Bir ada tarama yöntemi kullanılarak, tek katman, birer birer yazdırılabilecek birkaç ayrı bölüme ayrılır. Bu, termal stresin eşit şekilde yayılmasına yardımcı olur.
Isıl işlem: Kalan gerilimin %80'inden fazlasını ortadan kaldırmak için kalıbı 650 santigrat dereceye ısıtın ve soğumasını bekleyin.
Çevrimiçi izleme: Sıcaklık alanını gerçek zamanlı olarak izlemek için kızılötesi termal görüntüleme cihazı kullanmak ve lazerin gücünü gerektiği gibi değiştirmek.
3. Malzemelerin maliyeti ve değeri
Tıbbi{0}}sınıf titanyum alaşımı tozunun maliyeti kilogram başına 2000–5000 yuan'dır; bu, normal kalıp çeliğinden 5–10 kat daha fazladır. Cevap:
Toz geri dönüşümü: Eleme ve oksidasyon işlemiyle erimemiş tozun geri kazanılma oranı %95'e kadar çıkar.
Topoloji optimizasyon tasarımı: Birim başına maliyeti düşürün ve malzeme kullanımını %30 ila %50 oranında azaltın.
Büyük-ölçekli üretim: Daha iyi ekipman verimliliği sayesinde parça başına maliyet geleneksel yöntemlere yaklaştı (örneğin, Huashu Yüksek teknolojili FS1211M ekipmanı 50 cm³/saat hızında baskı yapabilir).