что такое аддитивные технологии в общем понимании
Аддитивное производство и 3D-печать: что нужно знать в первую очередь
Аддитивное производство – процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей, как правило, послойно, в отличие от субтрактивного метода и метода формовки. В разное время использовались такие термины, как аддитивное изготовление, аддитивные процессы, аддитивные методы, аддитивное послойное производство, послойное производство, изготовление твердотельных изделий произвольной формы и изготовление изделий произвольной формы.
В этой динамически развивающейся отрасли быстро появляются новые термины. 3D-печать, согласно стандарту ISO/ASTM 52900, — это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помощью сопла или другой технологии печати. В прошлом этот термин ассоциировался с недорогими станками невысокой производительности. Однако сейчас это не так: термины «аддитивное производство» и «3D-печать» означают одно и то же.
«Аддитивное производство» (Additive Manufacturing) — официальный отраслевой термин, утвержденный организациями по стандартизации ASTM и ISO, однако словосочетание «3D-печать» более распространено и фактически стало стандартом. Особенно широко оно используется в СМИ, терминологии стартапов, инвесторов и других сообществ.
Процессы
Технологии 3D-печати
Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках:
Расходные материалы
Основные материалы, используемые в аддитивных процессах:
Сферы применения аддитивных технологий
Аддитивные технологии используются для создания физических моделей, прототипов, образцов, инструментальной оснастки и производства пластиковых, металлических, керамических, стеклянных, композитных компонентов и компонентов из биоматериалов. Принцип действия аддитивных установок основан на построении тонких горизонтальных слоев из 3D-моделей, созданных с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) и 3D-сканеров.
АП упрощает и ускоряет процесс разработки продукции. Компании прибегают к аддитивным технологиям, стремясь сократить время производства, повысить качество продукции и сократить затраты. В качестве средства визуализации 3D-печать помогает предприятиям определить вероятность создания дефектной или неудовлетворительной продукции. Кроме того, разрабатываются методы, процессы и системы для изготовления оснастки.
3D-печать активно используется для повышения качества оснастки для литья под давлением. В некоторых областях АП применяют для получения результатов, недостижимых при использовании обычных станков. В других производствах аддитивные технологии используются для создания таких инструментов для изготовления и сборки, как зажимные устройства, крепления, шаблоны и направляющие для сверления и резки.
3D-печать оказывает большое влияние на производство многих продуктов. Предприятия — крупные и малые — успешно применяют технологии для производства готовых изделий. По мнению экспертов, прямое производство станет крупнейшей областью применения аддитивных технологий. Эта технология может повлиять на производство больше, чем другие, традиционные, методы.
Отрасль продолжает развиваться, возникают новые методы, технологии, материалы, прикладные задачи и бизнес-модели. Расширяется география и сфера промышленного применения АП. Аддитивные технологии уже оказали огромное влияние на развитие проектирования и производства; в будущем их роль будет все больше возрастать.
Аддитивное производство в России
В России рынок 3D-технологий достаточно молод, но уже показывает динамичный рост (по данным Роснано, около 30% в год). Все больше компаний осознают потребность в применении аддитивных методов в производстве и научных исследованиях. Есть организации, которые активно занимаются сертификацией материалов и уже тестируют 3D-принтеры собственного производства. На предприятиях появляются лаборатории по разработке и внедрению 3D-решений на отдельных участках технологического цикла.
Сегодня речь о полном переходе на аддитивные технологии не идет – пока что они способны эффективно дополнять классические процессы или заменять их на каком-то определенном участке цикла. Тем не менее, эксперты отрасли утверждают, что в недалеком будущем аддитивное производство станет неотъемлемой частью технологических процессов на предприятии.
Хотите узнать больше о 3D-технологиях? Подписывайтесь на наш блог и получите консультацию у экспертов iQB Technologies : +7 (495) 269-62-22.
Аддитивные технологии в действии
Сегодня аддитивные технологии активно применяются на различных производствах по всему миру. Одним из главных российских драйверов внедрения промышленной 3D-печати является Ростех и входящая в его состав Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК).
О преимуществах аддитивного производства, инновационных методах промышленной 3D-печати и о том как «вырастить» двигатель при помощи лазера – в нашем материале.
Аддитивные технологии: основа промышленной революции
Аддитивное производство (Additive Manufacturing) – это создание изделий, основанное на поэтапном добавлении материала на основу в виде плоской платформы или осевой заготовки. В самом термине «аддитивность» (от лат. additivus – прибавляемый) заложен основной принцип этого процесса. Такой способ изготовления также называют «выращиванием» из-за послойного создания изделия.
Таким образом, суть аддитивного производства – в сложении, а не вычитании. Если при традиционном производстве вначале имеется заготовка, от которой потом отсекается все лишнее, то в случае с аддитивными технологиями новое изделие создается из ничего, а точнее, из расходного материала. Например, в домашних 3D-принтерах – это специальная пластмассовая проволока. Но, как известно, из пластика можно печатать только не слишком прочные детали и предметы. Относительно недавно в 3D-сфере началась новая эра – печать из металлических материалов. Именно данная технология аддитивного производства является основой происходящей сейчас промышленной революции.
В чем же преимущество и революционность этой новой идеи? Наиболее, пожалуй, важное достоинство аддитивных технологий заключается в том, что компьютерные модели деталей можно мгновенно передавать по сети на производственную площадку в любую точку мира. Таким образом, меняется сам привычный уклад производства – 3D-принтер не только добавляет производству мобильности, но и может заменить огромное количество оборудования на обычном заводе.
Среди других ключевых преимуществ – это снижение числа комплектующих частей создаваемых деталей. Например, изготовление обычным методом топливной форсунки для реактивного двигателя требует около 20 разных запчастей, которых нужно соединить с помощью сварки. Применение же 3D-печати позволяет создавать форсунку намного быстрее из специального материала.
Отсюда следует еще один важный момент – экономия исходного сырья и минимизация отходов. Аддитивные технологии позволяют в производстве использовать ровно столько материала, сколько требуется для конкретной детали. При традиционных способах изготовления потери сырья могут составлять до 85%.
Благодаря этому снижается и вес готовой детали, что особенно актуально для авиационной промышленности. Производители авиадвигателей уже научились создавать аддитивным способом различные кронштейны и втулки, которые при сохранении всех прочностных характеристик на 40-50% легче своих «традиционных» аналогов.
Еще одна сильная сторона аддитивного производства – штучное изготовление изделия любой формы. Этим объясняется особый интерес к аддитивным технологиям медицины и авиационно-космической промышленности – отраслей, которые довольно часто требуют мелкосерийного производства. Например, Boeing уже произвел методом аддитивных технологий более 20 тыс. деталей для военных и гражданских самолетов компании.
ОДК: драйвер внедрения аддитивных технологий
В России один из главных драйверов внедрения аддитивных технологий – Ростех и входящая в его состав Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК). Ростех начал внедрение аддитивных технологий при производстве перспективных российских газотурбинных двигателей, которые будут сертифицированы в 2025 – 2030 годах. Детали, изготовленные этим методом, будут составлять до 20% общей массы двигателя. Внедрение 3D-печати позволит в три раза снизить время и в два раза сократить стоимость изготовления серийных деталей.
Для этого Госкорпорация создала единый Центр аддитивных технологий на базе рыбинского «ОДК-Сатурн». Здесь разработан и апробирован процесс изготовления деталей селективным сплавлением, начиная от разработки 3D-модели, заканчивая функциональной деталью. Сотни различных опытных деталей, изготовленных селективным плавлением из кобальтового, титанового сплавов, нержавеющей стали, уже успешно прошли стендовые испытания в составе двигателей.
Создание высокотехнологичного Центра аддитивных технологий (ЦАТ) ведется и на другом предприятии ОДК – Московском машиностроительном предприятии имени В.В. Чернышева. Организаторами ЦАТ являются холдинги авиационного кластера Ростеха: помимо ОДК, это «Вертолеты России», КРЭТ и «Технодинамика». Причем клиентами Центра могут стать не только предприятия Госкорпорации, но и другие промышленные организации. Заказчики смогут получить полный спектр услуг: от разработки конструкции до серийного производства и сертификации продукции. Здесь создается целый конструкторско-технологический комплекс, который включит в себя лабораторию металлургических исследований и конструкторское бюро.
В первую очередь в ЦАТ осваиваются две базовых технологии: селективное послойное сплавление лазером металлического порошка и прямое лазерное выращивание.
Лазерное выращивание
Лазерные технологии для печати металлом на сегодняшний день являются наиболее быстро развивающимся методом аддитивного производства. Как упоминалось выше, их можно разделить на две группы: селективное лазерное плавление и прямое лазерное выращивание.
Селективное лазерное плавление (SLS) – технология изготовления сложных по форме и структуре изделий из металлических порошков. Сначала формируется равномерный слой порошка на подложке, а затем происходит плавление порошка при помощи мощного лазерного излучения.
Данная технология 3D-печати металлом способна с успехом заменить классические производственные процессы. К примеру, на пермском моторном заводе «Авиадвигатель» (входит в ОДК) технологию селективного лазерного спекания впервые применили еще в 2010 году для изготовления литых деталей из титановых, никелевых, кобальт-хромовых порошков.
«Сейчас конструкторы разрабатывают детали, геометрию которых традиционными методами – точением или литьем – выполнить крайне сложно или вообще технически невозможно,– а на «выращивание» одной детали, к примеру, завихрителя, кронштейна, гребенки, уходит от 6 до 40 часов», – комментирует начальник отдела разработки перспективных технологий ремонта завода «Авиадвигатель» Александр Ермолаев.
Второй вид лазерной технологии аддитивного производства настолько новый, что пока не имеет устоявшегося названия: «прямое лазерное выращивание» (DMLS) или «гетерофазная лазерная порошковая металлургия». Суть его заключается в том, что металлический порошок подается через специальное сопло непосредственно в ту же область, куда подводится лазерный луч, образуя локальную ванну жидкого расплава. Этот процесс можно образно сравнить с работой струйного принтера для бумаги.
Технология дает возможность подачи нескольких видов металлических порошков в зону выращивания. Таким образом можно создавать изделия с градиентными свойствами, например, одна часть детали может быть коррозионностойкой, а другая – жаростойкой.
Прямое лазерное выращивание позволяет значительно увеличить производительность производства. Например, корпус камеры сгорания для небольшого газотурбинного двигателя можно вырастить с нуля за три часа. Для сравнения – при использовании традиционных технологий на это уходит около двух недель. При этом результаты конструирования видны моментально, и вносить в них изменения можно сразу же. Благодаря этому в десятки раз ускоряется процесс проектирования и создания новой техники.
Данная технология уже нашла свое применение в различных наукоемких отраслях промышленности, в числе которых и двигателестроение. Номенклатура деталей, которые изготавливаются с помощью установки прямого лазерного выращивания, широкая – от гребных винтов до небольших фрагментов современных и перспективных двигателей.
Недавно ОДК ввела в эксплуатацию самую большую в России установку прямого лазерного выращивания из порошковых металлических материалов. Этот 3D-принтер крупногабаритных деталей для промышленных газотурбинных двигателей позволяет производить изделия размером до 2,5 метров в диаметре. К 2021 году на базе ПАО «Кузнецов» данным методом планируется изготавливать более 50 элементов для современных газотурбинных двигателей.
Электронно-лучевая плавка
Электронно-лучевая плавка (EBM) является еще одной технологией аддитивного производства. Этот метод, по сути, практически не отличается от SLS/DMLS печати металлом. Единственное отличие заключается в том, что вместо лазерного луча плавление осуществляется при помощи электроимпульсов.
Технология печати методом электронно-лучевой плавки металлических порошков позволяет изготавливать детали практически любой сложности, даже совсем миниатюрные изделия размером 0,2-0,4 мм. Такой 3D-принтер сможет «напечатать» практически все: от лопаток турбин авиадвигателей до ювелирных изделий.
В мировой практике промышленные электронно-лучевые 3D-принтеры часто используют для производства остеоимплантов – искусственных имплантов костей. Для их построения используют сплавы титана и нержавеющей стали. В отличие от лазерных 3D-принтеров, электронно-лучевые принтеры могут использовать металлические порошки более крупной фракции, например 75-120 мкм. Шероховатая поверхность вовсе не страшна остеоимпланту и даже может обеспечить лучшую сращиваемость в организме. При этом более крупные фракции металлических порошков дешевле по стоимости, и, как следствие, удешевляется процесс производства.
Еще одно преимущество электронно-лучевой плавки – это возможность получать готовые изделия без необходимости дополнительной термообработки в вакуумных печах, как при печати по технологии SLM. Сама печать происходит при высокой температуре в камере. В результате полного локального расплавления порошка детали обладают очень высокой плотностью, сравнимой с технологией литья.
Первый российский электронно-лучевой 3D-принтер для печати металлическими порошками сейчас разрабатывает холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех. Первый полнофункциональный образец будет произведен в конце 2020 года.
События, связанные с этим
«Вечные двигатели» и их создатели. Павел Соловьев
«Вечные двигатели» и их создатели. Николай Кузнецов
Аддитивные технологии в медицине: как снизить риски для здоровья пациентов
В XXI веке в медицине реализовались многие научные идеи, которые когда-то казались фантастикой, – например, роботохирургия или бионические конечности. Немалая заслуга в недавних успехах медицины принадлежит аддитивным технологиям. Сегодня на 3D-принтере изготавливают модели частей тела и протезы, а в обозримом будущем обычной практикой станет 3D-печать искусственных органов и лекарств.
По данным отчета Wohlers Report 2018, сфера здравоохранения занимает 11,3% мирового рынка аддитивного производства. Согласно исследованию компании Market Research Future (MRFR), совокупные темпы годового роста глобального рынка 3D-печати медицинских устройств в 2018-2023 годах оцениваются в 18%.
Один из ключевых факторов в медицине – точность, ведь малейшая ошибка в расчетах может иметь фатальные последствия. И здесь 3D-печать подходит как нельзя лучше, ведь главные преимущества этой технологии – свобода проектирования и высокая точность при создании конечных продуктов. По сравнению с традиционными методами, возможность печати уникальных единичных или мелкосерийных изделий со сложной геометрией открывает путь к более быстрому и экономичному производству.
Фото: Materialise
Преимущества аддитивных технологий для медицины
3D-технологии имеют бесспорные преимущества:
Высокая точность, позволяющая учесть индивидуальные особенности человека.
Возможность создания конструкций любой сложности.
Облегчение веса напечатанных изделий.
Сокращение сроков производства (в том числе за счет отсутствия оснастки), и как следствие – ускорение оказания медицинской помощи.
Экономия трудовых и материальных ресурсов.
Снижение себестоимости изделий.
Большой выбор инновационных материалов.
Благодаря этим особенностям оборудование можно использовать как в специализированных клиниках, так и в обычных государственных учреждениях.
«Можно сделать индивидуальный протез для каждого конкретного пациента, – говорит Павел Вопиловский, директор НТК «Машиностроительные технологии» СПбПУ Петра Великого, – это наиболее значимый фактор в использовании именно этой технологии (3D-печати – ред.) для медицины. Нет двух одинаковых человек, и, даже если взять тазобедренный сустав, справа и слева, это будут разные кости».
Что можно напечатать на 3D-принтере, чтобы повысить эффективность лечения
Практикуется печать следующих изделий:
макеты органов, тканей и костей при планировании операций;
протезы, имплантаты, хирургические шаблоны в хирургии и стоматологии;
ортопедические стельки, корсеты и другие ортезы;
мастер-модели для медицинских изделий;
прототипы корпусов медицинских приборов;
продукция медицинской косметологии.
Такой обширный перечень позволяет ускорить и упростить процесс изготовления жизненно важных вещей для пациентов.
3D-сканирование и программное обеспечение в медицине
С помощью 3D-сканера можно за считаные минуты получить точную трехмерную модель нужного объекта (кости, стоматологического слепка и т.д.), затем обработать полученные данные в специальном программном обеспечении и напечатать модель или готовое изделие на 3D-принтере, либо изготовить его традиционным способом. При этом отпадает необходимость хранить слепки и образцы – все 3D-модели сохраняются в цифровом архиве. При необходимости их можно оперативно откорректировать и переслать по интернету коллегам в любую точку Земного шара.
Планирование успешной операции с помощью точных макетов
Создание точных 3D-моделей костей, частей тела, тканей или органов позволяет провести наглядную демонстрацию патологий в масштабе 1:1. Врач может точно оценить размер патологии и расположение прилегающих тканей перед началом операции. В случае пересадки трехмерные модели помогают разработать подробные и индивидуальные планы операций и подобрать точно подходящие органы.
Типичный пример 3D-печати в медицине: предоперационный макет из фотополимера, изготовленный в нашем демозале на принтере ProtoFab / Фото: iQB Technologies
Детализированная модель, напечатанная на 3D-принтере, и ее анатомически оптимальное положение помогают хирургу при сверке на всех ключевых этапах операции. Точное позиционирование патологии и кровеносных сосудов в режиме реального времени дает возможность повысить эффективность операции и снизить риски.
Изменение напечатанных анатомических моделей в соответствии с фактическим состоянием органов – один из важнейших методов применения 3D-технологий. Такая возможность не только экономит ценное время хирургов, но и повышает точность прогнозирования болезней.
Печать макетов, моделей и прототипов из пластиков
Производительное и экономичное решение для создания предоперационных макетов и моделей медицинских изделий – 3D-печать из пластиков. Существует несколько технологий пластиковой печати, в том числе моделирование методом послойного наплавления (FDM), лазерная стереолитография (SLA), селективное лазерное спекание(SLS). Первая из них использует в качестве расходного материала термопластиковую нить или гранулы, вторая – фотополимерную смолу, третья – полиамидные или модифицированные порошки.
FDM-, SLA- или SLS-принтер станет выгодным решением для предприятий, выпускающих медицинскую технику: быстрое прототипирование корпусов приборов с помощью аддитивных технологий в несколько раз ускоряет процесс разработки продукта.
Процесс 3D-печати в медицине
Создание печатного продукта происходит в несколько этапов:
Сбор данных пациента с использованием различных технологий (КТ, МРТ, УЗИ, ПЭТ, 3D-сканирование).
По результатам исследований выбирается целевая область и создается 3D-модель в программном обеспечении.
На базе созданной 3D-модели печатается точная копия объекта.
На напечатанной модели моделируется хирургическая операция.
3D-печать протезов и имплантатов из металла
Для изготовления протезов и имплантатов используются разные технологии и материалы – от пластиков до металлов. 3D-печать металлами позволяет создать изделие с заданной сложной геометрией, идеально подходящее конкретному пациенту. Топологическая оптимизация решает такие важные для протезирования задачи, как:
создание цельнометаллической конструкции любой необходимой формы;
облегчение веса протеза;
повышение прочности изделий за счет микроскопических полостей, которые обеспечивают миграцию собственных клеток костной тканей больного;
создание протезов с пористой структурой, способствующей более быстрому вживлению.
Благодаря индивидуальному протезу тазобедренного сустава пациент смог вернуться к нормальной жизни / Фото: Materialise
3D-печать из металлических сплавов (в первую очередь – титановых) используется при протезировании костей челюстно-лицевой области, межпозвоночных дисков, ключиц, коленных суставов, лопаток, тазобедренных костей. В стоматологии эти материалы применяются для изготовления цельных имплантатов, а также металлических основ коронок и мостов из титана, кобальт-хрома и других сплавов.
Наиболее важными особенностями протезов, созданных с помощью 3D-печати металлами, являются идеальная точность их соединения с телом и отсутствие реакции отторжения. Создание протезов на 3D-принтере обходится дешевле и требует меньше времени.
Примеры применения на практике
Реконструкция дефекта скуловой кости по SLM-технологии
Восстановление обширного дефекта скуловой кости – сложная хирургическая операция, в ходе которой необходимо сделать лицо пациента симметричным, пропорциональным и анатомически естественным. 43-летний мужчина обратился в отделение с тяжелым дефектом левой средней зоны лица, который он получил 6 годами ранее в результате автомобильной аварии. Поврежденная кость была восстановлена с помощью индивидуального титанового имплантата, напечатанного на аддитивной установке SLM Solutions. Спроектированный на компьютере имплантат обладал идеальной геометрией, а операция по его установке прошла именно так, как было запланировано. Наблюдение за пациентом в течение следующего года не выявило никаких осложнений.
Результаты применения 3D-технологий:
отличная биосовместимость и интеграция биоимплантата в ткани;
уменьшение веса титанового изделия за счет создания его полой версии;
ускоренная интеграция благодаря наполнению имплантата материалом, взятым из подвздошной кости пациента;
готовое изделие идеально подошло к поврежденному участку и не требовало подгонки во время операции;
полное отсутствие осложнений и побочных эффектов после установки имплантата.
Получение таких результатов дала надежду на успешное использование аддитивных установок при хирургических операциях.
Как создавалась точная модель позвоночника и трахеи
Своим практическим опытом применения 3D-печати в медицине делятся специалисты компании ProtoFab, производящей широкий ассортимент SLA-принтеров и материалов. Представители Третьей больницы Пекинского университета обратились в ProtoFab с просьбой создать точную трехмерную модель позвоночника и трахеи пациента для подготовки к предстоящей операции. Вызванные заболеванием осложнения не позволяли хирургу ввести трубку в трахею для выполнения операции. Врачам требовалась модель, с помощью которой они могли бы практически оценить различные способы решения этой проблемы.
Данные компьютерной и магнитно-резонансной томографии были импортированы в специализированное медицинское программное обеспечение, позволяющее преобразовывать все эти данные в 3D-модель. Используя это ПО, специалисты ProtoFab смогли увидеть проблемные области трахеи пациента.
На следующем этапе нужно было непосредственно выполнить 3D-печать. Такие медицинские проекты требуют создания исключительно точной копии с предельным уровнем детализации. Однако стереолитографическая 3D-печать может легко справиться с такими сложными формами и структурами, и опытные инженеры ProtoFab смогли идеально точно воспроизвести все до последней детали. Напечатанная на 3D-принтере модель позволила врачам провести перед операцией анализ абсолютно точной копии трахеи и прилегающей области и принять подготовительные меры, которые в противном случае были бы невозможны.
Изготовление протезов с помощью 3D-технологий
Команде исследователей из Chabloz Orthopédie (Франция) удалось создать уникальный и по-настоящему революционный протез. Компания работала с Дени Готье, у которого было ампутировано предплечье. Сначала специалисты провели 3D-сканирование здоровой руки пациента с помощью сканера peel 3d, чтобы получить ее зеркальное отображение. Это было сделано для того, чтобы спроектированное изделие идеально повторяло пропорции здоровой конечности. Оставшаяся часть ампутированной руки также была отсканирована для достижения удобной и эргономичной посадки протеза.
Дени Готье с готовым протезом
Далее команда приступила к проектированию CAD-модели и разработке миоэлектрического протеза. Аккумуляторы, кабели датчиков и искусственная кисть были интегрированы с изготовленным предплечьем. Сам протез был разработан в САПР и напечатан на 3D-принтере. Для печати различных компонентов предплечья использовалась технология HP Jet Fusion. После изготовления все детали прошли финишную обработку и были покрашены.
Использование 3D-сканирования и 3D-печати гарантирует не только правильную посадку приспособления, но и дает полную свободу движений. Новый подход к проектированию протезов позволяет профессионалам разрабатывать решения, обладающие небольшим весом и легко кастомизируемые. Вам известно, что созданные на 3D-принтере детали на 20% легче, чем их аналоги из углеродного или стекловолокна? Такие изделия обладают еще и необходимой жесткостью, твердостью и долговечностью.
Позже этот инновационный протез совместили с кистью BeBionic, одной из самых продвинутых бионических конечностей, и по индивидуальным параметрам были изготовлены ультрасовременные миоэлектрические предплечье и кисть. Случай Готье – отличный пример инновационного использования технологий 3D-измерений и 3D-печати.
Протезирование тазобедренного сустава
Институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена совместно с ЛЭТИ (Санкт-Петербург) провели работу по созданию и 3D-печати протеза тазобедренного сустава из титана. На основе КТ был создан пластиковый макет кости. Следующий этап – проектирование имплантата и корректировки по его позиционированию на кость. Затем, после того как врачи провели планирование операции на макете, протез был напечатан на 3D-принтере. Пациент, у которого в результате травмы был практически разрушен тазобедренный сустав, встал на ноги.
Печать роговицы глаза
В 2018 году британские ученые впервые смогли напечатать роговицу на 3D принтере. Теперь они могут использовать объёмную печать при изготовлении роговицы глаза из стромальных клеток. Они также создали специальные биочернила, которые состоят их клеток стромы роговицы живого донора. Также в состав входит коллаген и альгинаты. Белок составляет основу. Поместив полученное вещество в принтер, за 10 минут была напечатала здоровая роговица, которая была жизнеспособна больше недели.
Эта разработка очень важна для всего мира, так как эта часть глаза в любой момент может пострадать от ожога, инфекции или травмы. Миллионы человеку по всему миру нуждаются в пересадке, и не могут себе её позволить, так как настоящего донорского материала не хватает.
Технология нуждается в клинических испытаниях, но надежда на массовую печать роговицы глаза существует.
3D-печать моделей сосудов
Важнейшую роль для полноценной эмболизации внутричерепной аневризмы играют устойчивое положение микрокатетера и его оптимальная форма. С помощью 3D-принтера можно напечатать модели кровеносного сосуда и аневризмы, которые помогут хирургу лучше понять анатомическую структуру. Правильная формовка микрокатетера при внутричерепной аневризме – сложный процесс, и врачам, которые в первый раз сталкиваются с данной методикой, необходимо длительное обучение. Для наглядной демонстрации кровеносных сосудов и аневризмы можно использовать модель, напечатанную на 3D-принтере в натуральную величину.
Напечатанные на 3D-принтере модели для систем моделирования операций реалистично отображают сложную систему кровеносных сосудов / Фото: ProtoFab
В сравнении с моделями сосудов из ABS-пластика силиконовые модели более точно соответствуют кровеносным сосудам человека. 3D-печать позволяет «скопировать» сложную геометрию сердца пациентов с цереброваскулярными болезнями и мгновенно передать сведения в ПО.
Напечатанный хирургический шаблон / Фото: ProtoFab
Аддитивное производство шаблонов
Традиционно для планирования остеотомии используются рентгеновские снимки. Однако на двухмерных снимках не отражается фактическое состояние костей. В связи с этим 60% операций не дают положительный результат. Решить данную проблему помогут 3D-шаблоны, напечатанные компанией Materialise. Производство таких шаблонов не требует больших затрат, и они доступны всем пациентам.
26 октября 2019 года iQB Technologies и наш партнер TWIZE приняли участие в медицинской конференции «Живая артроскопическая хирургия тазобедренного сустава» в Государственной клинической больнице имени В.М. Буянова. Мы представили предоперационные макеты, напечатанные на фотополимерном 3D-принтере ProtoFab на основе данных компьютерной томографии.
Актуальность 3D-моделирования в будущем
Благодаря инновациям, о которых мы рассказали в этой статье, удается повысить надежность операций, сэкономить время, снизить производственные расходы и стоимость конечных изделий, а главное – улучшить и продлить жизнь пациентов.
В последние годы уделяется все большее внимание 3D-печати в медицине и ее преимуществам – высокой точности, производительности и возможностям кастомизации. Наряду с совершенствованием 3D-оборудования ведется активная работа по созданию новых материалов для медицины. С помощью аддитивных технологий можно будет, к примеру, напрямую печатать изделия из керамики, а также создавать цельные зубные протезы, включая зубы и десны, из биосовместимых материалов.
В 2019 году израильские ученые впервые создали на 3D-принтере человеческое сердце с кровеносными сосудами и клеткам. Сделано оно было в миниатюре, но, по словам исследователей, для печати сердца обычного размера может быть использована та же самая технология. Напечатанный орган состоит из жировых клеток пациента, которые были преобразованы в стволовые клетки сердечно-сосудистой мышцы, а затем смешаны с соединительной тканью и помещены в 3D-принтер / Фото: jta.org
Направление современной медицины, с которым связывают прорыв в лечении болезней и патологий в обозримом будущем, – 3D-печать тканей, кровеносных сосудов и органов, или 3D-биопринтинг. Ведущие научные и медицинские центры разрабатывают новые технологии и проводят клинические исследования в этой области.
Достижения аддитивных и биомедицинских технологий будут способствовать развитию бионического моделирования и 3D-печати тканей и органов, что позволит сохранить здоровье и спасти жизни огромному числу людей.
Помощь IT-индустрии в период пандемии коронавируса
Множество компаний поддерживают медицинские учреждения в период пандемии COVID-19. Поставщики медицинского оборудования не справляются с нагрузкой, особенно это связано с защитными средствами (респираторы, маски, экраны). Во всем мире 3D-печать стала оказывать реальную помощь, выражающуюся в производстве прототипа клапана, который устанавливается в респиратор. Поставщик Lonati SPA в Италии смог напечатать клапан из PA12. Производительность составляла от 100 штук в сутки, а цена была минимальная.
В Великобритании многие производители перестроились на изготовление оборудования для вентиляции легких. Одна из компаний изготавливала детали из металлов и полимеров, которые помогли в производстве зажимов, креплений и корпусов. Благодаря технологии лазерного спекания можно производить одновременно десятки деталей, не требующих обработки.
Компанией ProtoFab была разработана защитная маска из мягкого полипропилена высокого качества. Она имеет особую конструкцию, которая разделяет дыхание через рот и нос, удобна в использовании и устойчива к любой температуре. Благодаря сменным фильтрам маска прослужит долго.
В нашем блоге мы продолжим знакомить вас с темой внедрения 3D-печати в медицине. Следите за публикациями!