Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Manufacturing Technology >> pencetakan 3D

Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D untuk Implan Medis

[Kredit gambar:Kesehatan Kanada]

Membuat implan tulang yang lebih pas, tahan lama, dan berkinerja lebih tinggi adalah pencarian berkelanjutan bagi ahli ortopedi dan ahli bedah. Pencetakan 3D berkontribusi besar terhadap kemajuan di bidang ini.

Teknologi ini memungkinkan produsen implan membuat implan dengan fungsionalitas yang ditingkatkan dan lebih dipersonalisasi untuk kebutuhan pasien tertentu. Selanjutnya, pencetakan 3D membuka pintu untuk implan yang dipersonalisasi yang dapat dibuat di titik perawatan.  

Pekan ini, kami melanjutkan rangkaian Spotlight Aplikasi 3D Printing dengan melihat penggunaan 3D printing untuk implan medis, serta manfaat dan aplikasi teknologi saat ini.

Lihat aplikasi lain yang tercakup dalam seri ini:

Pencetakan 3D untuk Penukar Panas

Pencetakan 3D untuk Bearing

Pencetakan 3D untuk Pembuatan Sepeda

Pencetakan 3D untuk Kedokteran Gigi Digital &Pembuatan Aligner Bening

Roket Cetak 3D dan Masa Depan Manufaktur Pesawat Luar Angkasa

Pencetakan 3D untuk Pembuatan Alas Kaki

Pencetakan 3D untuk Komponen Elektronik

Pencetakan 3D di Industri Kereta Api

Kacamata Cetak 3D

Pencetakan 3D untuk Produksi Bagian Akhir

Pencetakan 3D untuk Bracket

Pencetakan 3D untuk Suku Cadang Turbin

Bagaimana Pencetakan 3D Memungkinkan Komponen Hidraulik Berperforma Lebih Baik

Bagaimana Pencetakan 3D Mendukung Inovasi di Industri Tenaga Nuklir

Pasar pencetakan 3D medis pada tahun 2019


Implan ortopedi — perangkat medis yang digunakan untuk pembedahan untuk menggantikan sendi atau tulang yang hilang — hanyalah salah satu peluang yang ditawarkan pencetakan 3D kepada industri medis.

Pasar pencetakan 3D ortopedi senilai $691 juta pada tahun 2018 dan diprediksi oleh SmarTech Analysis akan tumbuh menjadi pasar senilai $3,7 miliar pada tahun 2027.

Meskipun manufaktur implan adalah aplikasi baru untuk pencetakan 3D — pertama kali digunakan sekitar tahun 2007 — telah mengalami pertumbuhan pesat selama dekade terakhir.

Pada tahun 2010, pengadopsi awal teknologi pencetakan 3D logam Electron Beam Melting (EBM) Arcam diterima persetujuan FDA pertama untuk implan cetak 3D. Tujuh tahun kemudian, lebih dari 300 printer 3D di seluruh dunia memproduksi produk ortopedi.

Saat ini, teknologi tersebut digunakan untuk membuat penggantian sendi pinggul dan lutut, implan rekonstruksi tengkorak dan implan tulang belakang. Pada 2019, lebih dari 600.000 implan diperkirakan akan diproduksi dengan bantuan pencetakan 3D. Pada tahun 2027, jumlah ini akan mencapai 4 juta teratas.

Dengan peluang pertumbuhan yang begitu besar, tidak mengherankan jika semua produsen perangkat medis besar semakin merangkul teknologi pencetakan 3D.

Stryker, salah satu perusahaan teknologi medis terbesar di dunia, baru-baru ini meluncurkan implan cetak 3D miliknya, termasuk Sangkar Lumbar Posterior Lengkung Tritanium TL cetak 3D. Implan tulang belakang berongga ini menerima persetujuan FDA pada Maret 2018. 

Bersama Stryker, produsen perangkat ortopedi terkemuka lainnya seperti DePuy Synthes, anak perusahaan Johnson &Johnson, dan Medtronic berinvestasi besar-besaran dalam pencetakan 3D. Yang terakhir meluncurkan platform pencetakan 3D, Teknologi TiONIC, pada Mei 2018, dengan tujuan memungkinkan desain yang lebih kompleks dan teknologi permukaan terintegrasi untuk implan bedah tulang belakang.

Selain produsen perangkat medis yang mapan, perusahaan rintisan medis juga telah muncul selama dekade terakhir, mengembangkan pendekatan eksklusif untuk implan ortopedi cetak 3D.

Di antaranya adalah perusahaan seperti Osseus Fusion Systems, Nexxt Spine, 4WEB Medical dan SI-BONE. Beberapa produk dari perusahaan-perusahaan ini telah menerima persetujuan FDA dan telah digunakan untuk mengobati pasien dengan sukses.

Jelas, telah terjadi peningkatan untuk implan cetak 3D selama dekade terakhir. Tapi apa sebenarnya yang membuat teknologi ini sangat berguna untuk implan medis?

Manfaat implan cetak 3D

Fleksibilitas desain


Dengan pencetakan 3D, desain kompleks dapat dibuat yang akan sulit dicapai dengan teknologi tradisional. Produsen implan dapat menggunakan manfaat ini untuk memproduksi implan dengan fitur desain yang rumit seperti struktur trabekular.

Tulang trabekular merupakan salah satu dari dua jenis jaringan tulang yang terdapat pada tubuh manusia. Ini memiliki struktur berpori dan kenyal yang sulit untuk ditiru dalam implan. Secara tradisional, produsen implan menggunakan lapisan khusus untuk membuat struktur trabekular pada implan. Namun, ini membawa risiko delaminasi dan kegagalan implan.

Dengan pencetakan 3D, di sisi lain, implan dengan struktur trabekular dapat diproduksi secara langsung, sehingga melewati proses pelapisan. Lebih penting lagi, trabekular, struktur berpori yang terintegrasi ke dalam implan cetak 3D menciptakan implan yang lebih kuat dengan risiko delaminasi yang lebih rendah.

Fleksibilitas desain seperti itu ditawarkan oleh teknologi pencetakan 3D logam seperti Selective Laser Melting atau Electron peleburan balok. Teknologi ini menerapkan sumber energi yang kuat seperti laser (SLM) atau berkas elektron (EBM) pada lapisan tipis bubuk biokompatibel seperti titanium.

Dengan mengulangi proses ini pada ratusan lapisan, dimungkinkan untuk membuat implan kompleks yang akan beradaptasi dengan struktur tulang manusia jauh lebih efisien daripada implan yang dibuat secara tradisional.

Manfaat lain yang signifikan dari implan cetak 3D berpori adalah peningkatan osseointegrasi.

Osseointegrasi adalah proses yang memungkinkan implan menjadi bagian permanen dari tubuh. Struktur trabekular berpori memungkinkan tulang tumbuh di dalam pori-pori, semakin memperkuat ikatan antara implan dan tulang yang ada.

Pengurangan pelindung stres


Selanjutnya, produsen perangkat medis dapat merancang implan yang meniru kekakuan dan kepadatan tulang pasien. Selain meningkatkan osseointegrasi, implan cetak 3D dapat mengurangi pelindung stres dan lebih meningkatkan fungsi fisik.

Stress shielding mengacu pada fenomena dimana implan logam menghilangkan tekanan khas dari tulang pasien. Akibatnya kepadatan tulang berkurang, yang menyebabkan tulang menjadi lemah. Perlindungan stres dapat menyebabkan patah tulang dan dislokasi. Untuk alasan ini, merancang implan sedekat mungkin dengan jaringan tulang pasien adalah kunci untuk mengurangi perlindungan stres dan menghilangkan efek yang tidak diinginkan ini.

Dalam contoh baru-baru ini, perusahaan IT, Altair, menggabungkan perangkat lunak pencetakan 3D dan pengoptimalan topologi untuk membuat implan batang pinggul yang lebih baik.

Dengan memasukkan parameter seperti ukuran, berat dan beban yang diharapkan dari implan, perangkat lunak pengoptimalan topologi digunakan untuk membuat desain baru implan pinggul. Desain yang dioptimalkan mendistribusikan stres dan ketegangan dengan cara yang lebih efisien daripada implan generik.

Selanjutnya, perangkat lunak pengoptimalan topologi membantu menentukan di mana material dapat diganti dengan struktur kisi untuk membuat implan lebih ringan.

Saat diuji, implan yang dioptimalkan menawarkan pengurangan pelindung stres sebesar 50,7%. Pada saat yang sama, batas daya tahannya meningkat menjadi sekitar 10 juta siklus. Ini berarti implan pinggul dapat menahan lari dari Los Angeles ke New York dan kembali — dua kali.

Pencetakan 3D implan khusus pasien 

Dalam kasus yang lebih kompleks, implan siap pakai seringkali tidak dapat memberikan fleksibilitas yang diperlukan. Pencetakan 3D dapat membantu dalam kasus seperti itu, menawarkan kemampuan untuk menyesuaikan dan mempersonalisasi perangkat medis, termasuk implan.

Untuk memproduksi implan khusus pasien, produsen menggunakan data yang diperoleh dari pemindaian pasien, seperti pemindaian computed tomography (CT) atau magnetic resonance imaging (MRI). Data pasien kemudian diimpor ke CAD, disiapkan untuk produksi, dicetak 3D dan selesai.

Menggunakan implan cetak 3D khusus menawarkan potensi untuk mengurangi waktu pembedahan dan meningkatkan kesesuaian implan.

Saat ini, pencetakan 3D dapat digunakan untuk membuat implan tengkorak dan rahang khusus di mana persyaratan estetika sama pentingnya dengan fungsionalitas.

Misalnya, seorang anak laki-laki Cina berusia 10 tahun menerima implan rahang cetak 3D pada tahun 2018. Dia memiliki tumor di rahangnya yang tidak dapat diangkat tanpa menyebabkan malformasi wajah yang signifikan.

Tim bedah menyimpulkan bahwa rekonstruksi wajah konvensional terlalu berbahaya untuk pasien muda. Mencari solusi yang lebih baik, mereka beralih ke pencetakan 3D, menggunakan model digital rahang anak laki-laki untuk merancang implan titanium khusus yang disesuaikan dengan sempurna.

Menurut ahli bedah, implan rahang mudah dipasang karena didasarkan pada anatomi pasien. Tiga bulan setelah prosedur, implantasi terbukti berhasil, dengan rahang sejajar dengan baik dan sejumlah besar jaringan tumbuh.

3 contoh implan cetak 3D 

Implan pinggul yang dicetak 3D memungkinkan pendakian gunung yang ekstrem


Romano Benet dan istrinya, Nives Meroi, telah mendaki gunung paling berbahaya di dunia selama bertahun-tahun. Pada tahun 2017, tim pendaki gunung menjadi pasangan pertama yang mendaki ke-14 puncak tertinggi di dunia. Namun, mencapai prestasi ini kemungkinan besar akan terbukti tidak mungkin tanpa bantuan pencetakan 3D.

Benet menderita nekrosis avaskular bilateral, yang pada dasarnya menyebabkan keruntuhan tulang.

Saat pertama kali didiagnosis, Benet dan istrinya berada di tiga puncak sebelum menyelesaikan sirkuit dunia dari 14 gunung. Untuk melanjutkan perjalanan mereka, pendaki gunung membutuhkan implan stabil yang memungkinkannya pulih dengan cepat.

Untuk alasan ini, ahli bedah Benet memutuskan untuk menggunakan implan cetak 3D.

Implan, yang dikenal dengan merek cangkir Delta Trabecular Titanium (TT), diproduksi oleh perusahaan perangkat medis Italia, Lima Corporate, menggunakan printer 3D EBM Arcam.

Dengan menggabungkan teknologi Titanium Trabecular Lima dan pencetakan 3D, implan yang meniru struktur berpori tulang alami dapat dibuat.

Berkat struktur trabekular ini, implan cetak 3D dapat menahan tekanan mekanis selama aktivitas berat. Ahli bedah Benet, yang telah menanamkan cangkir TT beberapa kali pada pasien lain, percaya bahwa selain menawarkan stabilitas dan kekuatan yang luar biasa, implan cetak 3D juga memiliki potensi untuk bertahan melebihi masa pakai implan konvensional.

Ketika Benet menerima implan non-3D-printed pertamanya, dia telah berbulan-bulan tidak aktif sebelum mulai mendaki lagi. Dengan implan cetak 3D, pendaki gunung dapat melanjutkan aktivitasnya setelah dua setengah bulan.

Pada akhirnya, implan cetak 3D melakukan tugasnya:memungkinkan Benet pulih dengan cepat dan berhasil menyelesaikan usahanya mencapai tiga puncak ketinggian terakhir.

Sistem Osseus Fusion:Dalam perjalanan menuju implan logam yang dipersonalisasi


Didirikan pada tahun 2012, Osseus Fusion Systems adalah perusahaan yang berbasis di AS dengan fokus pada pengembangan produk medis canggih untuk cedera terkait tulang belakang.

Untuk meningkatkan kualitas dan fungsionalitas produknya, Osseus telah mengembangkan teknologi pencetakan 3D eksklusif yang disebut PL3XUS.

Teknologi ini didasarkan pada pencetakan 3D powder bed fusion, khususnya Selective Laser Melting (SLM), dan dapat membuat 80% implan titanium berpori, dioptimalkan untuk fusi tulang dan fiksasi biologis (proses dimana tulang hidup menempel secara permanen ke permukaan implan).

Pada Agustus 2018, Osseus memperoleh izin FDA 510(k) untuk Aries, rangkaian perangkat fusi interbody lumbar yang diproduksi secara aditif. Keluarga implan Aries dirancang untuk membantu ahli bedah meringankan sakit punggung dan mengurangi waktu pemulihan tulang belakang.

Awal tahun ini, produk Aries Osseus, untuk pertama kalinya, dipraktikkan oleh Joseph Spine, pusat operasi tulang belakang dan skoliosis. Teknologi PL3XUS memungkinkan untuk merancang implan dengan arsitektur yang mirip dengan tulang pasien, memfasilitasi pertumbuhan tulang.

Dalam beberapa tahun ke depan, Osseus berencana untuk meluncurkan perangkat yang dipersonalisasi berdasarkan CT Scan, X-Ray, dan MRI pasien.

Dengan langkah selanjutnya ini, perusahaan ingin memberdayakan rumah sakit untuk memberikan perawatan pasien yang unggul dan, pada akhirnya, lebih meningkatkan hasil operasi untuk pasien.

Pencetakan 3D implan dengan termoplastik berperforma tinggi


Selain titanium dan logam biokompatibel lainnya, pencetakan 3D dapat digabungkan dengan polimer seperti PEEK dan PEKK untuk menghasilkan implan. Termoplastik ini dikenal karena kekuatan dan biokompatibilitasnya yang tinggi, dan juga menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan implan logam seperti biaya yang lebih rendah dan radiolusensi.

Pada tahun 2013, Oxford Performance Materials (OPM) menjadi perusahaan pertama yang menerima izin FDA untuk implan tengkorak PEKK cetak 3D khusus pasien. Pada tahun 2017, OPM telah mengirimkan lebih dari 1400 implan tengkorak dan menerima izin FDA untuk dua perangkat lain:implan maksilofasial dan tulang belakang.

Perusahaan ini menggunakan teknologi Selective Laser Sintering, yang mendukung platform OsteoFab® milik OPM untuk pengembangan dan produksi implan. Dalam satu contoh, platform ini memungkinkan implan tengkorak khusus pasien dirancang, diproduksi, diuji, dan dikirim dari OPM hanya dalam 3 hari kerja. Dalam waktu kurang dari seminggu, ahli bedah berhasil melakukan operasi, tanpa membuat modifikasi pemotongan atau pengeboran untuk membentuk kembali implan.

Pencetakan 3D untuk implan medis:Membuat dampak

Biokompatibilitas, kapasitas menahan beban, dan daya tahan adalah persyaratan mendasar untuk implan ortopedi. Pencetakan 3D sepenuhnya memenuhi persyaratan ini sambil meningkatkan fungsionalitas dan kesesuaian implan.

Hal ini terutama dapat dikaitkan dengan kemampuan teknologi untuk menciptakan bentuk kompleks seperti struktur berpori, yang membantu tubuh pasien beradaptasi dengan implan lebih cepat dan dengan komplikasi yang lebih sedikit.

Ke depan, pencetakan 3D untuk implan akan terus berkembang. Salah satu bidang penelitian yang sedang berlangsung sangat menarik adalah kombinasi implan dan sensor cetak 3D. Dengan mengembangkan implan bertenaga sensor, penyedia layanan kesehatan berpotensi meningkatkan hasil pasien secara signifikan.

Sensor internal dapat mengumpulkan data seperti suhu di sekitar implan, gerakan, dan ketegangan yang terjadi pada implan. Ini akan memungkinkan ahli bedah untuk bereaksi terhadap masalah potensial sejak dini dan menyesuaikan perawatan dengan kebutuhan masing-masing pasien.

Renishaw, produsen printer 3D logam Inggris, dan Western University telah mendirikan Pusat Desain Aditif dalam Solusi Bedah (ADEISS) di kampus universitas. Pusat ini menyatukan akademisi dan dokter untuk bekerja mengembangkan perangkat medis cetak 3D baru seperti yang dijelaskan di atas.

Jelas, teknologi pencetakan 3D mendapatkan pijakan yang kuat dalam segmen ortopedi.

Namun, teknologi perlu matang untuk benar-benar membuka potensinya untuk implan yang dibuat khusus yang diproduksi di titik perawatan.

Diakui, hanya sebagian kecil implan yang saat ini dibuat khusus dengan pencetakan 3D. Sementara teknologi memiliki potensi besar, pertanyaan seputar standardisasi dan regulasi masih perlu ditangani.

Dengan demikian, membuat implan medis khusus adalah tempat di mana teknologi dapat membuat dampak terbesar dan memungkinkan lebih banyak orang mendapatkan manfaat dari perawatan kesehatan yang dipersonalisasi. Kami percaya arah ini akan melihat daya tarik yang signifikan di tahun-tahun mendatang.

Dalam artikel berikutnya, kita akan melihat bagaimana pencetakan 3D dapat meningkatkan pembuatan roket. Tetap disini!


pencetakan 3D

  1. Bubuk Tantalum Mikro untuk Aplikasi Medis
  2. Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D untuk Kedokteran Gigi Digital &Pembuatan Aligner Bening
  3. Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D untuk Manufaktur Sepeda
  4. Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D Untuk Bantalan
  5. Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D untuk Penukar Panas
  6. Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D di Industri Kereta Api 
  7. Sorotan Aplikasi:5 Komponen Elektronik yang Dapat Memanfaatkan Pencetakan 3D
  8. Sorotan Aplikasi:Pencetakan 3D untuk Alas Kaki
  9. Sorotan Aplikasi:Roket Cetak 3D dan Masa Depan Manufaktur Pesawat Luar Angkasa
  10. 10 Bahan Terkuat Untuk Pencetakan 3D