Применение 3D печати металлом в эндопротезировании

Компания ООО «Эксклюзивные решения», производитель 3D принтеров по металлу RussianSLM, ведет активную работу по внедрению технологии 3D печати металлом промышленными предприятиями Россий, научными производствами и медицинскими организациями. Качество и доступность 3D печати по технологии SLM сделали возможным применение этой современной технологии для конкретных задач, тем самым позволяя проводить недоступные ренее операрации и создавать уникальные изделия.

В данном материале хотим поделиться опытом производителя применения лазерных 3D принтеров по металлу в медицине.

Производство медицинских изделий литьем и фрезеровкой, несмотря на точность и совершенство технологии, имеет ограничения, преодолеть которые не представляется возможным, в частности речь идет об изготовлении титановых чашек, которые используются в ортопедии и травматологии для эндопротезирования суставов.

Специалисты RussianSLM помогли запустить серийное производство таких чашек и сделали его быстрее, дешевле и технологически сильнее.

Задача, поставленная заказчиком: снять ограничения классических технологий, усовершенствовать модель протеза, сделать комфортным для пациента.

Медицинские чашки, которые производились в России литьем и фрезерованием решали базовую задачу, но не позволяли создавать анатомическую структуру поверхности.

Для надежного сращивания импланта с костной тканью необходима трабекулярная структура — шероховатая, пористая поверхность, повторяющая биологическую архитектуру кости.

Фактуру создавали насечками, структура получалась не биомиметической, приживаемость была ограниченной. Нагрузка на имплантат была сниженная: пациенты с такими чашками могли ходить, но бег и прыжки оставались под запретом.

В 2021 году к производителям металлических принтеров RussianSLM обратился заказчик с задачей упростить производство чашек и получить правильную структуру.

В то время в России аддитивные технологии с применение лазерных принтеров для 3d печати металлом применялся в основном для индивидуальных изделий. Серийно протезы таким методом никто не производил.

Специалисты RussianSLM взяли на себя роль технологического партнера и помогли заказчикам выстроить решение под серийный выпуск.

Такое решение – это не только 3D принтер, способный качественно печать металлических изделий, а аппаратно программный комплекс и четко выстроенный технологический процесс.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ TRIANGULATICA
Модуль для создания трабекулярных сеток.

Поскольку RussianSLM это не только производство 3D принтеров, но и разработка программного обеспечения, Triangulatica, кстати, включенного в реестр российского ПО, В программное обеспечение внедрили модуль генерации трабекулярных сеток:

– структура имитирует природную кость,

– глубина прорастания ткани — до 0,4 мм,

– обеспечивается стабильная остеоинтеграция.

Скорость 3D печати увеличилась в 2–4 раза

Помимо создания анатомических структур по мнению разработчиков программного обеспечения для технологической подготовки Triangulatica, ключевым прорывом стали собственные алгоритмы в слайсере Triangulatica, которые позволили использовать физический процесс выращивания изделия методом 3D печати эффективнее.

В ПО в частности были добавлены следующие функции:

• управление траекториями сплавления;
• увеличение шага между линиями;
• работа на высокоэнергетичных режимах;
• синхронизация со сканирующими системами.

Во время отработки технологии производилась 3D печать титановым порошком на собственных принтерах RussianSLM FACTORY.

В результате скорость 3D печати выросла в 2–4 раза по сравнению с типовыми решениями на рынке.

Интеграция в производство заказчика

Важным этапом внедрения стала интеграция технологии SLM печати в технологический процесс заказчика. Для этого потребовалось

– адаптировать геометрию производимых моделей под новый тех. процесс;

– провести аудит парк оборудования заказчика;

– спроектировать способы крепления изделий для имеющихся у заказчика станков;

– заложить элементы фиксации прямо непосредственно в модели на 3d печать.

Это сложный и крайне важный процесс, так как у каждой производственной компании своя инженерная школа, разные схемы механической обработки изделий, используются разные станки, применяются разные методы термической и химической обработки.

Здесь нет универсального решения!

Для того, чтобы заказчики смогли безболезненно и быстро перестроиться под новый метод производства, требуется тщательный анализ возможностей действующего оборудования и кастомизация технологии.

Оптимизация в серийном производстве.

Перед специалистами RussianSLM стояла задаче не только получить качественное изделие, но и оптимизировать производство для сокращения временных затрат и ресурсов. Поэтому была протестирована и внедрена стратегия расстановки изделий на платформе, добавлены эксклюзивные для данного технологического процесса функции, отработана максимальная повторяемость 3d печати.

Результат: от эксперимента к промышленному стандарту

После внедрения решения:

• запущено серийное производство чашек
• снижена себестоимость изделий в несколько раз
• увеличена скорость выпуска в 2-4 раза в зависимости от диаметра чашек
• улучшено качество приживаемости
• расширены допустимые нагрузки для будущих пациентов

И главное — для заказчика появилась возможность масштабировать производство, а для пациента достунное решение улучшить качество жизни.

Если вы планируете внедрение аддитивного производства

Важно понимать: просто купить 3D-принтер — недостаточно.

Нужны правильные алгоритмы печати, адаптация под ваш техпроцесс, интеграция в существующее производство и опыт работы с медицинскими изделиями.

Если вы производите медицинские изделия, хотите перейти от прототипирования к серии или ищете способ снизить себестоимость без потери качества — обсудим, как адаптировать аддитив под вашу реальность.

Покажем, где вы теряете время и деньги и как это исправить с помощью технологий, которые уже работают на производстве.