Блог | Volgobot

3D-Печать в протезировании.

Мир 3D-Печати
Сегодня мы хотим поговорить ещё об одной неочевидной сфере применения аддитивных технологий - протезировании. В этой статье мы познакомим вас с двумя видами протезирования, для которых широко используется 3D печать.

Начнём с более понятного:

Как используют аддитивное оборудование для изготовления бионических и тяговых протезов рук.

Московская компания «Моторика» много лет занимается производством различных протезов рук и для взрослых и для детей.

Основными видами протезов для рук являются бионические и тяговые (механические) протезы.

Биоэлектрическими (миоэлектрическими, бионическими) называются протезы с внешним источником энергии. Управление в миоэлектрических протезах осуществляется за счет сигналов, возникающих при сокращении мышц, которые считывают ЭМГ-датчики. В культеприёмную гильзу встроены миодатчики, улавливающие изменение электрического потенциала. Эта информация передаётся на микропроцессор кисти, и в результате протез выполняет определённый жест или хват.

Активные тяговые протезы КИБИ изготавливаются при травмах на уровне кисти и предплечья. Тяговый протез управляется с помощью тяг и полностью контролируется усилиями самого человека без электроники. Механизм позволяет контролировать усилие. При выполнении хвата пользователь сам определяет силу сжатия, его скорость и может почувствовать сопротивление, когда кисть упирается в предмет.
Где же в изготовлении подобных протезов используется 3D печать?

Так как речь идёт об индивидуальных изделиях, аддитивные технологии позволяют переходить от цифрового проектирования сразу к производству. 3D-модель можно сохранить, а спустя полгода-год масштабировать и напечатать заново под подросшего пациента.

Амбассадор компании «Моторика» Илья Муромцев, который сам пользуется протезом руки, рассказал о сотрудничестве с Институтом лёгких материалов и технологий (ИЛМиТ), которые разработали уже семь металлических порошков, необходимых для 3D-печати деталей.

Синтез элементов из особого сплава алюминия, сократил время производства и повысил прочность изделий. В процессе синтеза этот распылённый алюминиевый сплав наносится слоями по 30 микрон. Лазерный луч расплавляет порошок по слоям трёхмерного прототипа, загруженного в память машины.

Благодаря 3D-печати детали для протезов изготавливаются всего за 40 минут — вместо нескольких месяцев. Компьютерное моделирование позволяет имитировать нагрузку на деталь. Послойное сплавление металлических порошков делает такой протез примерно в шесть раз прочнее и в десятки раз дешевле литых аналогов.

Вторая сфера применения аддитивных технологий в протезировании - имплантаты из PEEK - полиэфиркетона.

PEEK широко используется для хирургических и ортопедических имплантатов. После широкого клинического признания он используется для сердечно-сосудистых, спинномозговых и зубных эндопротезов (коронки и мостовидные протезы), поскольку прочность и устойчивость PEEKа напоминает характеристики кости.
Мостовидные протезы из PEEK в рекламе стоматологии «Здоровая улыбка»
Впервые полиэфиркетон был использован в качестве спинномозгового имплантата в 1999 году. С того момента и по нынешнее время, ортопедия является растущей областью применения PEEK.

Поясничный кейдж ADONIS® из PEEK-керамики с титановым покрытием
Шейный кейдж TRISTAN® из PEEK-керамики с титановым покрытием
Имплантаты PEEK снижают риск остеолиза, уменьшают вес и защиту от стресса. Как устройства для спинальной артропластики, особенно для спинальных искусственных дисков, они являются хорошей заменой кобальта хрома молибдена или металла. Они помогают движению позвоночника и выдерживают нагрузку на тело, не ломаясь. PEEK, благодаря высокой прочности, также используется в других ортопедических операциях, например, в эндопротезировании тазобедренного сустава.

Также этот материал используется при изготовлении костных винтов и штифтов, которые помогают фиксировать кость на месте, ускоряя процесс выздоровления.

Имплантаты PEEK с уникальным модулем, механической прочностью и высокой долговечностью играют значительную роль в сердечно-сосудистых операциях и имплантации устройств вокруг сердца. Они также используются в производстве сосудистых медицинских устройств, таких как стент, сердечный клапан, абляционные катетеры и т.д. В сердечно-сосудистой живой процедуре имплантаты PEEK работают как якорь для контроля напряжения на тросе, вызванного постоянным сердцебиением.
Имплантат механического двустворчатого сердечного клапана
Схема установки механического двустворчатого сердечного клапана
PEEK легко внедряется во время операции и точно вписывается в тело пациента. Кроме того, он помогает быстрому восстановлению после операции. Материал обладает отличными механическими и химическими свойствами стойкости и одновременно является экологически чистым материалом и пригодным для вторичной переработки пластиком. Тесты на биосовместимость PEEK не обнаруживают признаков цитоксичности, и они показывают повышенное содержание белка в клетках остеобластов, что свидетельствует об улучшении показателей врастания. Имплантаты из PEEK не влияют на вкус и гипоаллергенны. Кроме того, PEEK обладает высокой устойчивостью к гамма- и электронно-лучевому излучению, что позволяет легко его стерилизовать. Из-за естественной радиосвязи материала, имплантаты из него легко видны при МРТ, что является важной характеристикой при диагностике после операций.

Как же происходит изготовление эндопротезов из PEEKа?

Изначально, как и в случае с экзопротезами, производится сканирование необходимой части тела. После этого создаётся 3D модель, которую дорабатывают специалисты. По окончании моделирования модель отправляется на печать.

Наиболее применимые методы изготовления имплантатов - технологии FDM и SLS печати. На равномерность 3D печати влияет правильно подобранная температура и высота слоя, выбранная в слайсере. При толщине слоя менее 0,5 мм визуально различить волнистость обычно не удаётся, однако поверхность является не вполне гладкой (матовой).

Поэтому после печати, поверхность выравнивают двумя способами.

Наиболее простым является механическая обработка изделий после печати. Шлифованием можно добиться достаточно хороших результатов, однако имплантаты, отличающиеся сложной поверхностью, плохо поддаются механическому выравниванию.

Другим способом является химическое выравнивание поверхности, посредством которого изделие обрабатывается растворителем, верхний слой оплавляется и получается гладкая поверхность. Однако многие растворители являются токсичными, что ограничивает их использование при изготовлении имплантатов.

Итак, сегодня мы познакомили вас с тем, как используются аддитивные технологии в современном протезировании.

Благодаря квалифицированным специалистам и талантливым учёным мира, современные технологии активно внедряются во все сферы нашей жизни.

Благодаря использованию 3D печати в изготовлении протезов увеличилась их доступность, что несомненно делает множество людей счастливыми и дарит им жизнь без ограничений.
Made on
Tilda