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显著降低髋臼杯单件生产成本!选区激光熔化3D打印实现髋臼杯生产的新思维

时间:2020-08-08 08:40 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃

       髋关节置换术是当前常见的骨科手术之一。为了满足持续增加的需求,骨科植入物制造商持续精进生产工艺,以各种创新技术为医疗机构及患者提供质量更好、价格更低的髋关节植入物。3D 打印技术能够生成创新的、具有功能性的几何结构,因而已成为骨科植入物的生产技术。髋臼杯植入物尤其能展现此技术的特点,通过层层堆积的方式搭建起复杂的内部几何特征,生成经典的“骨小梁结构”,即近似于人体骨骼外观与生物功能性的多孔表面结构,为植入物提供了优异的骨融合性能。

        虽然,相比传统加工技术而言,增材制造技术在该领域的应用出现较晚,3D打印髋臼杯的商业化已经有十余年的历史,早在2007年,欧洲医疗机构就开始将3D打印髋臼杯植入物人体,经过十余年的发展,更多的3D打印髋臼杯成功实现商业转化。在产业化大趋势下,怎样以更低的成本、更高效的方式批量生产3D打印髋臼杯植入物成为骨科植入物制造领域面临的新问题。

       在目前已实现商业转化的3D打印髋臼杯产品中,制造技术为两种粉末床金属3D打印技术-电子束熔融(EBM)与选区激光熔化(SLM)。其中,电子束熔融技术在髋臼杯3D打印领域的应用更早,在已商业化的3D打印髋臼杯产品的生产中也占据了更多“席位”;选区激光熔化3D打印技术也在不断的优化,以提升其生产效率、降低制造成本,满足批量生产的需求。本期,分享的是GF 加工方案与骨科植入物生产企业合作优化的髋臼杯整体增材制造解决方案,从中可以清晰的感受到选区激光熔化3D打印技术在髋臼杯植入物制造领域所获得的发展。

Whitepaper_Valley_143D打印髋臼杯植入物商业转化进程。
来源:《3D打印与骨科植入物白皮书3.0》
将于8月发布

block 各具优势的粉末床工艺

     在两种3D打印髋臼杯的增材制造技术中,电子束熔融技术以电子束为能量源,其较大的光斑以及较高的功率能提高生产效率,这种方式能够降低单件生产成本。同时,电子束熔融技术支持简易的无支撑设计,也进一步降低了成本。而选区激光熔化技术能够实现更高的精度,从而为复杂的晶格结构提供更细致的微观结构分辨率、提升弹性,更容易清除粉末,以及更广泛的材料选择。

电子束熔融技术凭借着其更快的搭建速度,成为目前医疗生产企业更广为采用的增材制造技术。而通过自动化与传统生产工艺整合发展更优异的零件生产策略,选区激光熔化技术的竞争力将能提升到新的层次。

block 重定义髋臼杯生产三个关键步骤

     为了发展此创新生产策略,GF 加工方案和位于意大利 Monza 的重量级骨科植入物生产厂家 – Hofmann Srl 合作,利用自身在硬件、软件的优势以及对于工业流程的掌握,重新定义了髋臼杯制造的三个关键步骤,并且为每一个步骤制定方案,最终实现优化的制造工作流程。

1. 设计阶段

      增材制造技术层层搭建零件的特性,使得堆叠打印策略在应用中尤其实用,因为可以大幅提升曝光与铺粉时间比例。换句话说,堆叠打印策略最大程度的延长了“激光有效工作时间”,将铺粉时间(非有效工作时间)在零件生产成本占比降到最低。

Medical_GF_1堆叠策略可确保最佳的曝光与铺粉时间比例,最大化“激光有效工作”时间,从而降低了零件成本。来源:GF 加工方案

     此堆叠打印策略拥有优化的支撑设计,可以为多个髋臼杯提供支撑,且使用的材料相较于单层打印并无显著增加,有效降低材料使用成本并节省搭建时间。此支撑设计在堆叠髋臼杯打印完成后,可完全清除残留粉末,并且在机加工阶段实现单个零件安全可靠的分离。事实上,这一独特的支撑设计方案除了在打印阶段起到支撑作用,也为后续的车工提供了重要的夹持功能。

Medical_GF_23D打印髋臼杯在圆形基板上的堆叠摆放。来源:GF 加工方案

(责任编辑:中国3D打印网)

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