不同聚合物材料在3d打印医疗设备中的应用 

3D打印应用 /[医疗]
2024-11-13 14:46
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3D打印正在彻底改变医疗行业,涵盖了从植入物、手术指南到个性化患者设备等多个领域。这项技术正在帮助医生和医学生提供更具针对性的个性化治疗。不同的3D打印技术(如FDM、SLA、PolyJet、SLS、MJF和LPBF)在医疗应用中都有各自的优势,特别是在金属材料的使用上。选择合适的技术和符合生物相容性要求的材料,对确保治疗效果非常重要。随着新材料的不断涌现,医疗3D打印正持续发展。

不断增长的3D打印医疗器械市场

根据Insight Partners的市场研究,预计到2031年,医疗3D打印市场将达到106.5亿美元,年均增长17.5%。这一增长主要得益于3D打印的定制化优势。通过CT、MRI和3D扫描技术,可以创建精准匹配患者解剖结构的数字模型。同时,增材制造不仅能加快生产速度,还提供了更多材料的选择,因此在医疗行业中应用广泛。

这种技术可以快速精准地生产定制的医疗植入物、术前手术指南及其他医疗设备。每种制造工艺和材料都有不同特点,适用于各种医疗应用和患者需求。接下来介绍几种专为医疗器械及相关技术设计的聚合物材料。

生物相容性聚合物材料在医疗领域的应用

3D打印在医疗健康领域的主要应用之一是生产定制假体和植入物。对于这些设备来说,生物相容性至关重要,因为它们与人体直接接触。目前市场上已有多种技术可以满足这一需求,其中惠普的Multi Jet Fusion (MJF) 技术尤其受到青睐,因为它可以制造出具有出色表面光洁度的小型零件,同时减少打印时间并提高成本效益。MJF还能够提供回收未使用材料的可持续选择。
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儿童医疗头盔 (颅骨矫形器) 用于头盔成型疗法,以轻轻地纠正婴儿的头骨形状。(图片来源: Carbon 3D)
白色尼龙12 PA,常与MJF技术一起使用,是整形外科假体和植入物的首选生物兼容材料。这种材料已经通过了医疗用途的认证,适合与人体接触,且易于消毒和定制。其白色外观还为色彩定制提供了灵活性。
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印有MPU 100的医疗器械 (照片: Carbon 3D)
MPU 100在可穿戴医疗设备领域是一个关键材料,特别是与Carbon的数字光合成(DLS)技术结合使用时。这种基于树脂3D打印方法生产的部件,质量可与注塑成型相媲美,具有出色的机械强度、分辨率和表面光洁度。现在,MPU 100以其生物相容性、耐用性、耐磨损性、抗化学性以及易于灭菌的特性,已经成为定制医疗设备和可穿戴假肢的理想选择,尤适合需要长期使用的定制设备。

其他3D打印材料在解剖模型和医疗设备中的应用

解剖模型、手术指南及其他医疗设备也是3D打印在医疗领域中的常见应用,特别是非植入式设备。当设备不需要直接接触患者时,可以使用非生物相容性材料,尤其是在设备原型或开发阶段。

其中,在医疗设备的原型设计和最终产品生产中,3D打印常使用ABS材料,这是一种适合熔融沉积成型(FDM)的坚固聚合物,特别适用于需要频繁操作的解剖模型。Stratasys开发的ABS-M30i,这是一种符合医疗行业标准的生物相容性材料,具备出色的尺寸稳定性和耐热性,适合制造精准且耐用的医疗零件。
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印有ABS-M30i的医疗设备 (图片来源: Dinsmore)
另外,BioClear树脂的耐用性使其成为制造非植入式医疗设备的理想材料,尤其在原型设计和开发阶段,零件需要经受频繁的操作,并保持结构完整。该树脂的强度显著降低了运输和医疗过程中破损的风险,该树脂与SLA技术结合,能够生产高精度、耐用、抗碎的医疗原型和组件。
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用BioClear打印的医疗原型 (图片来源: Dinsmore)
赢创6100(Evonik 6100)是一种高性能树脂,具备优异的拉伸强度和耐热性。当与HPS技术结合使用时,这种树脂可以制造出需要极高精度和耐用性的复杂医疗组件。它的耐化学性和耐高温特性,使得这些组件能够在挑战性环境下使用,经得起反复灭菌和高温的医疗应用,故而也成为关键医疗用途的理想选择。

结语

这些例子仅展示了3D打印医疗设备中使用的一小部分聚合物材料。随着市场的发展,新的技术和材料不断涌现。增材制造相较于传统方法,具有更快、更精准的特点,并能在形态和材料上实现完全定制化的医疗设备。而聚合物材料持续的研发,有望带来更具变革性的应用,使个性化医疗更加普及且高效。
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