Mogu li se kalupi za medicinske uređaje također proizvoditi pomoću metalnog 3D ispisa?

一, Gledajući glavne prednosti tehnologije metalnog 3D ispisa
1. Geometrijski stupnjevi slobode i dizajn za konformno hlađenje
Postupci bušenja ograničavaju kanale za hlađenje u tradicionalnim kalupima, stoga oni obično koriste linearnu ili jednostavnu križnu arhitekturu. Zbog toga je hlađenje manje učinkovito, a temperatura neujednačena. Selektivno lasersko taljenje (SLM) i taljenje elektronskim snopom (EBM) dvije su tehnologije koje omogućuju slobodno dizajniranje konformnih rashladnih kanala pomoću metalnog 3D ispisa. Na primjer, u kalupima za ortopedske implantate, korištenje simulacijskog softvera za optimizaciju putanje vode tako da udaljenost između kanala rashladne vode i površine šupljine kalupa ostane unutar 2 mm može uštedjeti ciklus injekcijskog prešanja za 35% i smanjiti savijanje proizvoda za 60%. Ovaj dizajn je vrlo važan za izradu kalupa za srčane stenove jer mikro-precizni kanali za hlađenje osiguravaju da se materijali stenta ravnomjerno skupljaju tijekom procesa oblikovanja, što sprječava stvaranje pukotina uslijed koncentracije naprezanja.
2. Jamstvo biokompatibilnosti i performansi materijala
Kalupi za medicinske proizvode moraju ispunjavati vrlo visoke kriterije biokompatibilnosti. Metalni 3D ispis omogućuje izravno oblikovanje materijala uključujući leguru titana (Ti6Al4V), leguru kobalta i kroma (CoCrMo) i medicinski nehrđajući čelik (316L), koji su svi certificirani kao biokompatibilni prema ISO 10993. Na primjer, legura titana Ti6Al4V obično se koristi za izradu kalupa za implantate za zamjenu zglobova jer ne korodira lako i siguran je za korištenje s ljudskim kostima. Možete regulirati veličinu zrna materijala između 10 i 50 μm promjenom postavki ispisa, poput snage lasera i brzine skeniranja. Time se uspostavlja ravnoteža između mehaničkih svojstava i biološke aktivnosti.
3. Dizajn koji je istovremeno lagan i funkcionalan
Metalni 3D ispis omogućuje lagane dizajne poput rešetkastih struktura i rešetkastih struktura. Time se smanjuje potrošnja materijala, a istovremeno osigurava da je kalup čvrst. Na primjer, Platinumov šuplji rešetkasti rashladni kanal za kalupe za lopatice motora zrakoplova smanjuje težinu za 40% i povećava učinkovitost hlađenja na 2,3 puta veću od standardnih dizajna. Ovaj dizajn se koristi u medicinskoj struci za kalupe za krajnje efektore kirurških robota. Smanjuje broj koraka potrebnih za sastavljanje opreme i čini je pouzdanijom dodavanjem funkcionalnih elemenata kao što su rupe za ugradnju termoelementa i kanali za tekućinu.
2, Uobičajeni slučajevi upotrebe i studije slučaja
1. Izrada kalupa za ortopedske implantate
Slučaj: Kalup za 3D-isprintani implantat kuka
Sustav umjetnih zglobova kuka 3D ACT tvrtke Aikang Medical koristi bimetalnu 3D tehnologiju ispisa za izradu kalupa za bedrenu kost. Sloj za spajanje kosti izrađen je od legure titana Ti6Al4V, koja ima mikroporoznu strukturu koja potiče rast koštanih stanica; -sloj otporan na habanje izrađen je od legure CoCrMo kobalt krom, čija je površinska hrapavost Ra<0.2 μ m, which reduces friction and wear with the polyethylene lining. The transition layer is formed of Ti Co gradient alloy, and powder mixing technology is used to make the composition gradient so that stress doesn't build up. This mould makes the product last for more than 15 years, which is three times longer than usual methods.
2. Izrada kalupa za kardiovaskularne stentove
Kućište: Kalup za vaskularni stent mikro veličine
Za izradu vaskularnih stentova, točnost proizvodnog procesa mora biti između 10 i 50 μm. To je teško učiniti tipičnom strojnom obradom. Tim Sveučilišta za znanost i tehnologiju Huazhong koristio je SLM tehnologiju za izradu kalupa za stent Nitinol. Netočnost promjera žice stenta bila je manja od 2 μm kontroliranjem faktora kao što su debljina sloja (20 μm) i snaga lasera (150 W). U modelu svinjske koronarne arterije, stent izrađen pomoću ovog kalupa pokazuje veliku potporu i fleksibilnost, s 40% nižom stopom tromboze od tipičnih uređaja.
3. Izrada kalupa za dijelove medicinske opreme
Kućište: kalup sa žičanom mrežom za filtar protiv-raspršivanja CT skenera
Dunleejev 3D tiskani filtarski rešetkasti kalup od čistog volframa koristi EBM tehnologiju za izradu zamršenih stožastih oblika u jednom potezu. U usporedbi sa standardnim metodama mljevenja, rešetka filtera ovog kalupa može povećati omjer signala-na-šuma CT konusnog snopa za 1,7 puta i smanjiti materijalni otpad za 85%. Također, visoka gustoća čistog volframa (19,3 g/cm³) štiti od X-zraka, što održava kvalitetu slike dobrom.
3, Problemi i rješenja u tehnici
1. Kvaliteta površine i postupak nakon obrade
Hrapavost površine metalnih kalupa za 3D ispis obično je između Ra6 i Ra10 μm. Nakon obrade, uključujući elektrolitičko poliranje i pjeskarenje, potrebno ga je smanjiti na Ra0,8 μm ili niže. Metoda kemijskog mehaničkog poliranja (CMP) Pekinškog instituta za zrakoplovnu proizvodnju može površinu kalupa Ti6Al4V učiniti glatkijom, svodeći ih na Ra0,2 μm, što je standard za medicinsku opremu.
2. Kontrola zaostalog naprezanja
Tijekom procesa ispisa, brzo zagrijavanje i hlađenje može lako uzrokovati nakupljanje zaostalog naprezanja i promjenu oblika kalupa. Odgovor je:
Optimiziranje procesa: Koristeći metodu skeniranja otoka, jedan sloj se dijeli na nekoliko zasebnih odjeljaka koji se mogu ispisivati ​​jedan po jedan. To pomaže da se toplinski stres ravnomjerno rasporedi.
Toplinska obrada: Da biste se riješili više od 80% zaostale napetosti, zagrijte kalup na 650 stupnjeva Celzijusa i ostavite da se ohladi.
Mrežno praćenje: korištenje infracrvene termalne slike za promatranje temperaturnog polja u stvarnom vremenu i mijenjanje snage lasera prema potrebi.
3. Cijena i vrijednost materijala
Medicinski{0}}prah legure titana košta 2000–5000 juana po kilogramu, što je 5–10 puta više od uobičajenog čelika za kalupe. Odgovor je:
Recikliranje praha: Prosijavanjem i oksidacijskim tretmanom, stopa oporavka neotopljenog praha ide do 95%.
Dizajn optimizacije topologije: Smanjite trošak po jedinici i smanjite potrošnju materijala za 30% do 50%.
Velika -proizvodnja: cijena po komadu približila se cijeni tradicionalnih metoda zahvaljujući boljoj učinkovitosti opreme (na primjer, oprema Huashu High tech FS1211M može ispisivati ​​brzinom od 50 cm ³/h).