1 หลักการทางเทคนิค: ผลเสริมฤทธิ์กันของการเลือกใช้วัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง
แกนหลักของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเพื่อเพิ่มความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่ของอุปกรณ์ทางการแพทย์อยู่ที่การเลือกวัสดุที่เป็นเอกลักษณ์และความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง
การเลือกใช้วัสดุ:
โลหะผสมไทเทเนียม (Ti6Al4V): เนื่องจากเป็นโลหะทางการแพทย์ที่ใช้กันมากที่สุด ชั้นป้องกันไทเทเนียมไดออกไซด์หนาแน่น (TiO ₂) จะก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติบนพื้นผิวของโลหะผสมไทเทเนียม ซึ่งต้านทานการกัดกร่อนจากของเหลวในร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพและคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมทำให้เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการปลูกถ่ายกระดูกและการบูรณะฟัน
โคบอลต์โครเมียมอัลลอยด์: มีความทนทานต่อการสึกหรอและความแข็งดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่มีการเสียดสีสูง และฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนอีกด้วย ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น ข้อต่อเทียมและการใส่ขดลวดหัวใจและหลอดเลือด
โครงสร้างไทเทเนียมที่มีรูพรุน: ไทเทเนียมที่มีรูพรุนที่ผลิตโดยเทคโนโลยี Laser Powder Bed Melting (PBF-LB) ไม่เพียงแต่ปรับความแข็งของการปลูกถ่ายและส่งเสริมการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อกระดูกเท่านั้น แต่โครงสร้างรูพรุนที่ซับซ้อนยังช่วยให้การไหลเวียนของของเหลวสะดวกขึ้นและลดความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนในท้องถิ่นอีกด้วย
การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง:
การออกแบบรูพรุนที่ซับซ้อน: โครงสร้างรูพรุนที่ซับซ้อนซึ่งทำได้ยากด้วยเทคนิคดั้งเดิมสามารถทำได้ง่ายในการพิมพ์โลหะ 3D รูพรุนเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดน้ำหนักของอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังปรับปรุงความทนทานและการนำกลับมาใช้ใหม่ของอุปกรณ์ด้วยการปรับการกระจายความเค้นให้เหมาะสม ลดโอกาสที่จะเกิดการกัดกร่อน
วัสดุเกรดตามหน้าที่: เมื่อบรรลุการเปลี่ยนแปลงไล่ระดับในองค์ประกอบของวัสดุภายในส่วนประกอบเดียวกัน ความต้านทานการกัดกร่อนจะดีขึ้นในพื้นที่เฉพาะ ในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแรงและความเหนียวโดยรวมของโครงสร้าง
2 ความท้าทายและวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิค: การเปลี่ยนจากห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานขนาดใหญ่
แม้ว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญในการปรับปรุงการนำอุปกรณ์ทางการแพทย์กลับมาใช้ซ้ำได้ แต่การใช้งานขนาดใหญ่-ยังคงเผชิญกับความท้าทายบางประการ:
ข้อจำกัดด้านวัสดุ:
ปัญหาด้านต้นทุน: วัสดุประสิทธิภาพสูง เช่น โลหะผสมไททาเนียม มีต้นทุนสูง ซึ่งทำให้จำกัดการใช้อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบใช้แล้วทิ้ง โซลูชันประกอบด้วยการสำรวจวัสดุที่มีต้นทุนต่ำ- เช่น สแตนเลสเกรดทางการแพทย์ (เช่น 316L) และการลดต้นทุนวัสดุด้วยการผลิตขนาดใหญ่-
วัสดุที่ย่อยสลายได้: คุณลักษณะการย่อยสลายอย่างรวดเร็วของวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เช่น โลหะผสมแมกนีเซียมและโลหะผสมสังกะสี ในสิ่งมีชีวิต จำเป็นต้องมีการปรับให้เหมาะสมเพิ่มเติมผ่านการผสมโลหะผสมหรือการปรับสภาพพื้นผิวเพื่อให้ได้อัตราการย่อยสลายที่ควบคุมได้
ความแม่นยำในการพิมพ์และ-การประมวลผลภายหลัง:
ความสม่ำเสมอของโครงสร้างละเอียด: ความสม่ำเสมอของโครงสร้างรูพรุน (เช่น ขนาดรูพรุน 0.5 มม.) ส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกลของอุปกรณ์ จำเป็นต้องปรับปรุงความแม่นยำในการพิมพ์โดยปรับพารามิเตอร์การพิมพ์ให้เหมาะสม เช่น กำลังเลเซอร์และความเร็วในการสแกน
เทคโนโลยีหลังการพิมพ์: หลังจากการพิมพ์ อุปกรณ์จะต้องผ่านการประมวลผลหลัง- เช่น การขัดและการเจียรเพื่อขจัดข้อบกพร่องที่พื้นผิว ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ
ปัญหาการฆ่าเชื้อและความล้มเหลว:
การฆ่าเชื้อด้วยความร้อนซ้ำๆ อาจทำให้วัสดุ เช่น โลหะผสมไททาเนียมและโพลีเมอร์เสียหายได้ เราจำเป็นต้องพัฒนาวัสดุทางการแพทย์เฉพาะทางที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อนของสารเคมี หรือใช้วิธีการฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิต่ำ- เช่น การฆ่าเชื้อด้วยเอทิลีนออกไซด์ การฉายรังสีแกมมา เป็นต้น
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3d-printing-copper-heatsink.html