奧地利Lithoz高精度陶瓷3D打印在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用
魔猴君 行業(yè)資訊 2334天前
3D打印技術(shù)生產(chǎn)的陶瓷產(chǎn)品在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域中具有巨大潛力，這在許多應(yīng)用中表現(xiàn)的尤為明顯，本位重點介紹奧地利Lithoz高精度陶瓷3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用案例。
多年來，具有生物相容性和生物可吸收性的陶瓷已經(jīng)廣泛應(yīng)用在創(chuàng)傷治療和整形外科等醫(yī)療領(lǐng)域。氧化鋯、氧化鋁和氮化硅作為高性能陶瓷材料的代表，由于其出色的機械性能，特別適用于生產(chǎn)永久性植入物和醫(yī)療器械。而且，這些材料具有超高的機械強度，耐磨性，低導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性以及優(yōu)良的生物相容性等優(yōu)點。醫(yī)療部門不僅需要機械性能特別高的高性能陶瓷，同時也需要具有其他特性的生物可吸收陶瓷。磷酸三鈣和羥基磷灰石屬于可生物再吸收的陶瓷類，由于它們與骨骼的無機成分相似而被于生物可再吸收的植入物的生產(chǎn)。通過在愈合過程中材料的再吸收，可以向細胞提供必要的離子；同時，為細胞向內(nèi)生長創(chuàng)造了空間。理想狀態(tài)下，人造骨骼的降解速度與再生組織的生長一樣快，從而保證在整個愈合過程中保持一定的機械穩(wěn)定性。
奧地利Lithoz公司的基于光聚合方法生產(chǎn)的制造工藝（3D打?。┦巧a(chǎn)高度復(fù)雜的部件的非常有效的方法。目前，尤其在醫(yī)療裝置制造領(lǐng)域中受到越來越多的關(guān)注。通過“基于光固化高精度陶瓷3D打印（LCM）”工藝，可以將各種陶瓷（例如氧化鋯或羥基磷灰石（HA））制成幾乎任何形狀，包括實現(xiàn)外部（結(jié)構(gòu)形式）和內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)（孔設(shè)計）。LCM工藝通過光敏陶瓷漿料的選擇性固化，實現(xiàn)了生坯高的固含量（陶瓷顆粒的高填充密度），這是獲得致密且無缺陷的陶瓷組件的先決條件。打印過程遵循逐層打印原則。要打印的產(chǎn)品的CAD（“計算機輔助設(shè)計”）文件實際上被分成非常薄的層，然后按順序制造和連接。通過選擇性曝光，有機基質(zhì)被交聯(lián)以形成聚合物網(wǎng)絡(luò)和陶瓷顆粒的復(fù)合物。聚合物網(wǎng)絡(luò)作為陶瓷顆粒之間的粘合劑，從而使其成形。在熱后處理中，首先在高溫下無殘留地除去有機基質(zhì)，并且通過在超過1000℃的溫度下燒結(jié)來生產(chǎn)最終的陶瓷組分。
通過打印工藝將漿料加工成植入體（陶瓷-聚合物復(fù)合材料），將其清潔，脫脂和燒結(jié)；隨后，可在獲得最終產(chǎn)品之前完成精加工
LCM工藝用于制造醫(yī)療裝置，可以根據(jù)個體患者的生理結(jié)構(gòu)，相對簡單地制作幾何結(jié)構(gòu)植入物并實現(xiàn)個性化植入物的生產(chǎn)。這允許完美的合體和更容易的定位。配合成像技術(shù)（如CT，MRI等），可以高精度地制造患者特異性醫(yī)療設(shè)備。與注塑成型截然不同，該技術(shù)不需要任何工具，可經(jīng)濟便捷地實現(xiàn)一個部件的定制、或者批量生產(chǎn)。
除了能夠制作患者特異性部分之外，還可以設(shè)計結(jié)構(gòu)以促進甚至激活細胞向內(nèi)生長。為此需要具有確定的幾何形狀和孔徑的互連系統(tǒng)，以適合于相應(yīng)的細胞。LCM工藝可以實現(xiàn)最小120μm的線材、160μm孔，打印工藝具有高精度和可重復(fù)性等優(yōu)點。
CAD模型（左）實際上切割成層（中間），材料通過動態(tài)選擇性曝光（“數(shù)字光處理”，DLP）逐層結(jié)構(gòu)化。
應(yīng)用案例：
1、心臟起搏器泵
LCM工藝具有合適的材料特性和原型生產(chǎn)的特性，因此維也納科技大學(xué)和維也納醫(yī)科大學(xué)的研究人員選擇LCM工藝作為心內(nèi)泵的制造方法。研究項目專注于心內(nèi)泵的生產(chǎn)，該心臟泵旨在支持手術(shù)（如心臟病發(fā)作）后心臟的抽吸能力，以在關(guān)鍵的愈合階段緩解心臟壓力。為該項目選擇的材料是氧化鋁，由于其生物惰性和極低的表面粗糙度，為血液接觸儀器提供了理想的條件。通過無需工具的增材制造工藝，可以在短時間內(nèi)生產(chǎn)和測試許多不同的設(shè)計模型。
奧地利Lithoz高精度陶瓷3D打印在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用
由高純度氧化鋁制成的心內(nèi)心臟泵的部件（為了更好的可視化，這些部件放大了10倍以上打?。?/span>
2、為患者特制的接骨板
林茨開普勒大學(xué)醫(yī)院的項目是應(yīng)用LCM工藝生產(chǎn)患者特異性骨縫合板。骨縫合板用于手術(shù)修復(fù)骨折部位，以便將骨折端固定在一起，同時固定骨折部位。傳統(tǒng)產(chǎn)品由金屬材料制成，并且必須由外科醫(yī)生在手術(shù)室中適當(dāng)彎曲。通過在計算機上的操作就可以生產(chǎn)適合于傷者或患者自身的接骨板，大大縮短了操作的時間。同時，與常規(guī)使用的材料（如鈦合金）相比，在所有高性能陶瓷中，使用具有高耐磨性和最高彈性的氧化鋯可以防止金屬顆粒的磨損。
由不同陶瓷材料制成的醫(yī)療部件的選擇
3、用于骨增強的可再吸收植入物
嚴重創(chuàng)傷或腫瘤切除后的骨替換仍然是醫(yī)生的主要挑戰(zhàn)。一方面，需要盡快恢復(fù)骨骼的穩(wěn)定性和保護功能，另一方面應(yīng)實現(xiàn)對身體自身骨細胞的良好愈合和定植。為此目的，使用可生物吸收的陶瓷（如磷酸三鈣），可以制造患者個性化植入物，例如用于嚴重顱腦損傷后的顱骨植入物、用于骨結(jié)構(gòu)的支架、在牙齒脫落后引入牙齒植入物之前的替代物。這是由奧地利組織再生機構(gòu)、路德維希玻爾茲曼實驗研究所、臨床創(chuàng)傷學(xué)/ AUVA聯(lián)合研發(fā)項目。
由磷酸三鈣制成的植入物，用于在插入牙科植入物之前進行頜骨增強
用于治療骨缺損的磷酸三鈣顱骨植入物
