3D-ПРИНТЕР INTAMSYS ОТКРЫВАЕТ НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИ ОПЕРАЦИЯХ ПО УСТАНОВКЕ ИМПЛАНТАТОВ ИЗ ПОЛИЭФИРЭФИРКЕТОНА (PEEK)
08.10.23
Применение материала PEEK (полиэфирэфиркетона) для 3D-печати заменителей твердых тканей человека в последние годы привлекает большое внимание. Обладая превосходной биосовместимостью и химической стабильностью, а также плотностью и механическими свойствами, близкими к свойствам человеческой кости, PEEK является идеальным материалом для костных заменителей вместо металла при изготовлении имплантатов, протезов при ортопедических, спинальных и черепно-челюстно-лицевых и других операциях. В сочетании с технологией 3D-печати ожидается широкое применение материала PEEK в области ортопедических имплантатов. Передовой проект по применению 3D-печати PEEK в медицине, выполненный компанией INTAMSYS совместно с госпиталем Тангду Медицинского университета ВВС (КНР), является одним из примеров в этой области.
3D-ПЕЧАТНЫЕ ИМПЛАНТАТЫ ИЗ ПОЛИЭФИРЭФИРКЕТОНА В ЛЕЧЕНИИ ЧЕРЕПА, ГРУДНЫХ РЕБЕР И СИНДРОМА ЩЕЛКУНЧИКА
Операции по восстановлению черепа
В традиционных процедурах имплантации черепа для устранения повреждений или заполнения пустот обычно используется титановая сетка. В то же время медицинское сообщество находится в постоянном поиске новых материалов для медицинских имплантатов, позволяющих улучшить результаты хирургических вмешательств и послеоперационный опыт пациентов.
Протокол имплантации черепа
Какая техника может наилучшим образом удовлетворить хирургическим требованиям?
У пациента госпиталя Tangdu Медицинского университета ВВС КНР была обнаружена опухоль головы, для восстановления поврежденного участка ему требовался черепной имплантат. На основе данных компьютерной томографии пациента хирурги с помощью программы CAD спроектировали "индивидуальную" деталь в соответствии с особенностями конструкции данного черепа. С помощью 3D-принтера INTAMSYS была напечатана индивидуальная деталь черепа с помощью аддитивной технологии FDM из высокоэффективного материала PEEK. В ходе операции хирурги успешно восстановили поврежденный участок черепа пациента, точно имплантировав черепную деталь в соответствии с протоколом. Послеоперационное обследование показало, что изготовленная черепная деталь идеально подошла к кости пациента без артефактов, и пациент хорошо восстановился после операции.
Универсальное применение в хирургических имплантатах
В 2018 году отделение урологии госпиталя Тангду и Исследовательский центр 3D-печати Медицинского университета ВВС КНР совместно провели первую в мире операцию по лечению синдрома Щелкунчика с помощью технологии 3D-печати, используя для изготовления человеческих имплантатов бионический материал PEEK.
Имплантат Nutcracker из полиэфирэфиркетона, напечатанный на 3D- оборудовании INTAMSYS
Исследовательский центр 3D-печати Медицинского университета ВВС совершил прорыв в нескольких операциях по замене грудных ребер, изготовленных с помощью материала PEEK, изготовив имплантаты ребер с помощью технологии 3D-печати FDM/FFF на принтере компании INTAMSYS.
Торакальный реберный имплантат из полиэфирэфиркетона, напечатанный с помощью 3D- принтера INTAMSYS FUNMAT PRO 610
Проведены уже сотни операций по установке имплантатов из полиэфирэфиркетона, непечатных на 3D-принтере INTAMSYS, пациенты которых успешно восстановились после операций.
ТЕХНОЛОГИЯ 3D-ПЕЧАТИ РАСКРЫВАЕТ НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ PEEK
«Заплатка» для черепа из PEEK филамента
Требования к 3D-печати материалом PEEK по технологии FDM/FFF
Необходимым условием коммерческого применения 3D-печатных медицинских имплантатов из PEEK является наличие технологического оборудования и стабильность процесса 3D-печати. Из-за высокой температуры плавления PEEK требует 3D-принтер с высокотемпературной камерой печати. Сочетание высокой температуры и скорости кристаллизации PEEK приводит к чрезмерному тепловому напряжению (неравномерному распределению тепла между печатными слоями) и может стать причиной термического растрескивания, а также плохой межслойной адгезии и коробления изделий. Таким образом, 3D-печать PEEK по технологии FDM/FFF является гораздо более сложным и ответственным процессом по сравнению с 3D-печатью другими филаментами общего назначения. Для создания высококачественных 3D-печатных деталей из PEEK требуются специализированные технологии производства, а также оборудование для FDM 3D-печати.
По сути, 3D-печать высокотемпературными материалами представляет собой термическую обработку полимерных материалов. Термический дизайн камеры оборудования для 3D-печати и подходящая температура позволят повысить прочность сцепления между слоями полимерных материалов и одновременно снизить усадку и деформацию вследствие охлаждения и остаточного напряжения. Различные полимеры требуют определенных температур в камере печати, для материала PEEK, она должна быть в пределах 150-250°C.
INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT
В качестве примера оборудования для 3D-печати высокопроизводительными материалами можно привести индустриальный 3D-принтер INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT, который имеет закрытую камеру печати, где температура платформы построения изделия и самой камеры регулируется в диапазоне от комнатной температуры до 300°C. Промышленная система нагрева позволяет синхронно управлять нагревом печатного стола и самой камеры, а корпус принтера оснащен теплоизоляцией для уменьшения теплоотдачи. После достижения заданной температуры температурное поле внутри всей камеры становится однородным и контролируется в диапазоне 300°C ± 2,5%. Благодаря отличным высокотемпературным характеристикам оборудование для 3D-печати INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT в основном используется для аддитивного производства из материалов с высокой добавленной стоимостью, таких как PEEK, ULTEM и PPSU, а так же для печати изделий высокой точности больших форматов. В отличие от обычных 3D-принтеров, нагрев которых осуществляется только печатной платформой, FUNMAT PRO 610HT обеспечивает высокопрочное сцепление первого слоя изготовляемых деталей с печатной платформой, а также равномерный нагрев материала в процессе 3D-печати, что облегчает формовку изделий большого размера, предотвращает коробление и другие дефекты, обеспечивая гарантию высококачественной 3D-печати.
Индивидуально разработанные протоколы имплантации, полученные с помощью аддитивных технологий, являются более точными и эффективными, обеспечивают лучший опыт лечения и восстановления пациентов, будь то лечение черепа, грудиной клетки, либо синдрома Щелкунчика. Кроме того, технология 3D-печати продолжает способствовать появлению новых инноваций и прорывов в других областях медицины, таких как реконструкция костей и производство протезов. Мы уверены, что в будущем медицинский мир станет свидетелем практически безграничных возможностей, открывающихся благодаря технологии 3D-печати.
Применение материала PEEK (полиэфирэфиркетона) для 3D-печати заменителей твердых тканей человека в последние годы привлекает большое внимание. Обладая превосходной биосовместимостью и химической стабильностью, а также плотностью и механическими свойствами, близкими к свойствам человеческой кости, PEEK является идеальным материалом для костных заменителей вместо металла при изготовлении имплантатов, протезов при ортопедических, спинальных и черепно-челюстно-лицевых и других операциях. В сочетании с технологией 3D-печати ожидается широкое применение материала PEEK в области ортопедических имплантатов. Передовой проект по применению 3D-печати PEEK в медицине, выполненный компанией INTAMSYS совместно с госпиталем Тангду Медицинского университета ВВС (КНР), является одним из примеров в этой области.
3D-ПЕЧАТНЫЕ ИМПЛАНТАТЫ ИЗ ПОЛИЭФИРЭФИРКЕТОНА В ЛЕЧЕНИИ ЧЕРЕПА, ГРУДНЫХ РЕБЕР И СИНДРОМА ЩЕЛКУНЧИКА
Операции по восстановлению черепа
В традиционных процедурах имплантации черепа для устранения повреждений или заполнения пустот обычно используется титановая сетка. В то же время медицинское сообщество находится в постоянном поиске новых материалов для медицинских имплантатов, позволяющих улучшить результаты хирургических вмешательств и послеоперационный опыт пациентов.
Протокол имплантации черепа
Какая техника может наилучшим образом удовлетворить хирургическим требованиям?
У пациента госпиталя Tangdu Медицинского университета ВВС КНР была обнаружена опухоль головы, для восстановления поврежденного участка ему требовался черепной имплантат. На основе данных компьютерной томографии пациента хирурги с помощью программы CAD спроектировали "индивидуальную" деталь в соответствии с особенностями конструкции данного черепа. С помощью 3D-принтера INTAMSYS была напечатана индивидуальная деталь черепа с помощью аддитивной технологии FDM из высокоэффективного материала PEEK. В ходе операции хирурги успешно восстановили поврежденный участок черепа пациента, точно имплантировав черепную деталь в соответствии с протоколом. Послеоперационное обследование показало, что изготовленная черепная деталь идеально подошла к кости пациента без артефактов, и пациент хорошо восстановился после операции.
Универсальное применение в хирургических имплантатах
В 2018 году отделение урологии госпиталя Тангду и Исследовательский центр 3D-печати Медицинского университета ВВС КНР совместно провели первую в мире операцию по лечению синдрома Щелкунчика с помощью технологии 3D-печати, используя для изготовления человеческих имплантатов бионический материал PEEK.
Имплантат Nutcracker из полиэфирэфиркетона, напечатанный на 3D- оборудовании INTAMSYS
Исследовательский центр 3D-печати Медицинского университета ВВС совершил прорыв в нескольких операциях по замене грудных ребер, изготовленных с помощью материала PEEK, изготовив имплантаты ребер с помощью технологии 3D-печати FDM/FFF на принтере компании INTAMSYS.
Торакальный реберный имплантат из полиэфирэфиркетона, напечатанный с помощью 3D- принтера INTAMSYS FUNMAT PRO 610
Проведены уже сотни операций по установке имплантатов из полиэфирэфиркетона, непечатных на 3D-принтере INTAMSYS, пациенты которых успешно восстановились после операций.
ТЕХНОЛОГИЯ 3D-ПЕЧАТИ РАСКРЫВАЕТ НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ PEEK
По мере перехода от массового производства имплантатов к изготовлению индивидуальных, ориентированных на конкретного пациента, 3D-печать играет все более важную роль, позволяя реализовать производство индивидуальных имплантатов или их небольших серий из материала PEEK.
Технология 3D-печати FDM/FFF, основанная на процессе экструзии материала, является одним из наиболее экономичных и эффективных подходов к мелкосерийному производству по сравнению с традиционными производственными подходами. Например, в упомянутой выше операции по реконструкции черепа в больнице Тангду - врачи "подогнали" имплантаты из PEEK под пациента, используя технологию FDM/FFF на 3D-принтере INTAMSYS, при этом «заплатка» идеально вписались в естественную кость черепа пациента, что способствовало быстрому послеоперационному восстановлению.
Использование технологии аддитивного производства/3D-печати для изготовления сложных конструкций, позволяет улучшить биоактивность материалов из PEEK даже на уровне конструкции изделия. Например, технология 3D-печати позволяет создавать взаимосвязанные и интегрированные пористые структуры для облегчения остеоинтеграции имплантатов из PEEK, повышения точности рентгеновских снимков и достижения модуля упругости, близкого к модулю упругости антропогенной кости.
«Заплатка» для черепа из PEEK филамента
Требования к 3D-печати материалом PEEK по технологии FDM/FFF
Необходимым условием коммерческого применения 3D-печатных медицинских имплантатов из PEEK является наличие технологического оборудования и стабильность процесса 3D-печати. Из-за высокой температуры плавления PEEK требует 3D-принтер с высокотемпературной камерой печати. Сочетание высокой температуры и скорости кристаллизации PEEK приводит к чрезмерному тепловому напряжению (неравномерному распределению тепла между печатными слоями) и может стать причиной термического растрескивания, а также плохой межслойной адгезии и коробления изделий. Таким образом, 3D-печать PEEK по технологии FDM/FFF является гораздо более сложным и ответственным процессом по сравнению с 3D-печатью другими филаментами общего назначения. Для создания высококачественных 3D-печатных деталей из PEEK требуются специализированные технологии производства, а также оборудование для FDM 3D-печати.
По сути, 3D-печать высокотемпературными материалами представляет собой термическую обработку полимерных материалов. Термический дизайн камеры оборудования для 3D-печати и подходящая температура позволят повысить прочность сцепления между слоями полимерных материалов и одновременно снизить усадку и деформацию вследствие охлаждения и остаточного напряжения. Различные полимеры требуют определенных температур в камере печати, для материала PEEK, она должна быть в пределах 150-250°C.
INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT
В качестве примера оборудования для 3D-печати высокопроизводительными материалами можно привести индустриальный 3D-принтер INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT, который имеет закрытую камеру печати, где температура платформы построения изделия и самой камеры регулируется в диапазоне от комнатной температуры до 300°C. Промышленная система нагрева позволяет синхронно управлять нагревом печатного стола и самой камеры, а корпус принтера оснащен теплоизоляцией для уменьшения теплоотдачи. После достижения заданной температуры температурное поле внутри всей камеры становится однородным и контролируется в диапазоне 300°C ± 2,5%. Благодаря отличным высокотемпературным характеристикам оборудование для 3D-печати INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT в основном используется для аддитивного производства из материалов с высокой добавленной стоимостью, таких как PEEK, ULTEM и PPSU, а так же для печати изделий высокой точности больших форматов. В отличие от обычных 3D-принтеров, нагрев которых осуществляется только печатной платформой, FUNMAT PRO 610HT обеспечивает высокопрочное сцепление первого слоя изготовляемых деталей с печатной платформой, а также равномерный нагрев материала в процессе 3D-печати, что облегчает формовку изделий большого размера, предотвращает коробление и другие дефекты, обеспечивая гарантию высококачественной 3D-печати.
Индивидуально разработанные протоколы имплантации, полученные с помощью аддитивных технологий, являются более точными и эффективными, обеспечивают лучший опыт лечения и восстановления пациентов, будь то лечение черепа, грудиной клетки, либо синдрома Щелкунчика. Кроме того, технология 3D-печати продолжает способствовать появлению новых инноваций и прорывов в других областях медицины, таких как реконструкция костей и производство протезов. Мы уверены, что в будущем медицинский мир станет свидетелем практически безграничных возможностей, открывающихся благодаря технологии 3D-печати.