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顯著降低髖臼杯單件生產成本!選區激光熔化3D打印實現髖臼杯生產的新思維

顯著降低髖臼杯單件生產成本!選區激光熔化3D打印實現髖臼杯生產的新思維

時間:2020-08-08 08:40 作者:中國3D打印網 

    髖關節置換術是當前常見的骨科手術之一。為了滿足持續增加的需求,骨科植入物制造商持續精進生產工藝,以各種創新技術為醫療機構及患者提供質量更好、價格更低的髖關節植入物。3D 打印技術能夠生成創新的、具有功能性的幾何結構,因而已成為骨科植入物的生產技術。髖臼杯植入物尤其能展現此技術的特點,通過層層堆積的方式搭建起復雜的內部幾何特征,生成經典的“骨小梁結構”,即近似于人體骨骼外觀與生物功能性的多孔表面結構,為植入物提供了優異的骨融合性能

    雖然,相比傳統加工技術而言,增材制造技術在該領域的應用出現較晚,3D打印髖臼杯的商業化已經有十余年的歷史,早在2007年,歐洲醫療機構就開始將3D打印髖臼杯植入物人體,經過十余年的發展,更多的3D打印髖臼杯成功實現商業轉化。在產業化大趨勢下,怎樣以更低的成本、更高效的方式批量生產3D打印髖臼杯植入物成為骨科植入物制造領域面臨的新問題。


   在目前已實現商業轉化的3D打印髖臼杯產品中,制造技術為兩種粉末床金屬3D打印技術-電子束熔融(EBM)與選區激光熔化(SLM)。其中,電子束熔融技術在髖臼杯3D打印領域的應用更早,在已商業化的3D打印髖臼杯產品的生產中也占據了更多“席位”;選區激光熔化3D打印技術也在不斷的優化,以提升其生產效率、降低制造成本,滿足批量生產的需求。本期,分享的是GF 加工方案與骨科植入物生產企業合作優化的髖臼杯整體增材制造解決方案,從中可以清晰的感受到選區激光熔化3D打印技術在髖臼杯植入物制造領域所獲得的發展。

S3.png

block 各具優勢的粉末床工藝


    在兩種3D打印髖臼杯的增材制造技術中,電子束熔融技術以電子束為能量源,其較大的光斑以及較高的功率能提高生產效率,這種方式能夠降低單件生產成本。同時,電子束熔融技術支持簡易的無支撐設計,也進一步降低了成本。而選區激光熔化技術能夠實現更高的精度,從而為復雜的晶格結構提供更細致的微觀結構分辨率、提升彈性,更容易清除粉末,以及更廣泛的材料選擇。


電子束熔融技術憑借著其更快的搭建速度,成為目前醫療生產企業更廣為采用的增材制造技術。而通過自動化與傳統生產工藝整合發展更優異的零件生產策略,選區激光熔化技術的競爭力將能提升到新的層次。

髖臼杯打印.jpg

block 重定義髖臼杯生產三個關鍵步驟


     為了發展此創新生產策略,GF 加工方案和位于意大利 Monza 的重量級骨科植入物生產廠家 – Hofmann Srl 合作,利用自身在硬件、軟件的優勢以及對于工業流程的掌握,重新定義了髖臼杯制造的三個關鍵步驟,并且為每一個步驟制定方案,最終實現優化的制造工作流程。


1. 設計階段


      增材制造技術層層搭建零件的特性,使得堆疊打印策略在應用中尤其實用,因為可以大幅提升曝光與鋪粉時間比例。換句話說,堆疊打印策略最大程度的延長了“激光有效工作時間”,將鋪粉時間(非有效工作時間)在零件生產成本占比降到最低。


Medical_GF_1堆疊策略可確保最佳的曝光與鋪粉時間比例,最大化“激光有效工作”時間,從而降低了零件成本。來源:GF 加工方案


     此堆疊打印策略擁有優化的支撐設計,可以為多個髖臼杯提供支撐,且使用的材料相較于單層打印并無顯著增加,有效降低材料使用成本并節省搭建時間。此支撐設計在堆疊髖臼杯打印完成后,可完全清除殘留粉末,并且在機加工階段實現單個零件安全可靠的分離。事實上,這一獨特的支撐設計方案除了在打印階段起到支撐作用,也為后續的車工提供了重要的夾持功能。


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