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3D打印與醫(yī)學技術(shù)交流、應(yīng)用及挑戰(zhàn)

來源:杰呈3D打印 發(fā)布時間:2025-11-21 10:37:20 瀏覽次數(shù):0
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3D打印和醫(yī)學交流互動具有重要意義。對于復(fù)雜PFF(Periprosthetic femoral fractures )病例,在3D打印技術(shù)輔助下進行術(shù)前設(shè)計和模擬,不僅增強醫(yī)生與工程師之間的互動,還能最大限度地提高手術(shù)成功的幾率,相較于傳統(tǒng)方法更加準確可行,并適合臨床推廣。

光固化成型技術(shù)

光固化成型技術(shù)精準度高、耗費時間短、應(yīng)用領(lǐng)域廣,可快速大量生產(chǎn)。但其仍存在以下問題:

  • 打印材料受限且對人體有害
  • 打印設(shè)備占地面積大且內(nèi)部空間利用率低

熔融沉積成型技術(shù)(Fused Deposition Modeling,FDM)

熔融沉積成型技術(shù)是加熱的材料在計算機操控下,進行固化,層層堆積最終形成三維實體模型。其主要優(yōu)點是制作工藝簡潔方便、成本低廉。

相關(guān)研究案例

  • Jensen等人在3D打印聚已內(nèi)酯支架用于骨修復(fù)的研究中,利用FDM制作納米孔微觀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的聚已內(nèi)酯支架修復(fù)豬顱骨缺陷,結(jié)果顯示FDM - PCL(β - 磷酸三鈣)支架具有良好的骨傳導(dǎo)性。
  • Abdullah等學者通過FDM 3D打印機成功制備了高Zr O2 (二氧化鋯)/β - TCP填充的聚酰胺12復(fù)合材料,作為潛在的顱面植入物,表現(xiàn)出良好的力學和物理性能,且有利于細胞粘附,促進細胞增殖,有利于提高種植體的穩(wěn)定性。

技術(shù)局限

  • 高溫度加工過程中會破壞生長因子或生物材料的性能
  • 在高溫熔融狀態(tài)下無法將材料與對溫度敏感的生物制劑或活細胞結(jié)合進行打印
  • 成型效果和制備精度方面并不理想

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(Selected Laser Sintering,SLS)

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的工作原理是將粉末狀材料平鋪并預(yù)熱,以紅外線激光器為熱源,利用計算機設(shè)定的每層面信息,依據(jù)不同信息進行層層燒結(jié),即可得到三維實體模型。

相關(guān)研究案例

  • Wanibuchi等學者應(yīng)用SLS技術(shù)制作與真實頭骨非常相似的3D打印模型,該模型具有精確的解剖學再現(xiàn)性和觸覺反饋性,適合于顳骨鉆孔的訓(xùn)練。
  • Sun等人應(yīng)用選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù),在Mg2SiO4中加入硅灰石(CaSiO3)制備出一種新型的MgO - CaO - SiO2體系骨支架,具有優(yōu)良的生物活性和降解性。CaSiO3降解形成硅醇基團,為磷灰石提供成核位點,有利于新骨的生成,提高了降解速率。CaSiO3含量增加到20% ,支架的力學性能有所提高。除此之外,此種新型支架具有連通性能良好的多孔結(jié)構(gòu),此種結(jié)構(gòu)有利于細胞的粘附和增殖。

技術(shù)局限
與熔融沉積技術(shù)相比,SLS可對金屬粉或無機粒子等材料進行打印,其打印材料的種類更為廣泛,但其缺點仍為高溫度加工過程中不能與細胞等活性物質(zhì)相結(jié)合進行打印。

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電子束熔融快速成型技術(shù)

電子束熔融快速成型技術(shù)首先將產(chǎn)品的三維數(shù)字模型進行分層處理,進而運用EBM專用程序?qū)@取的二維截面信息導(dǎo)入設(shè)備中,以層層堆積的方式得到所需的三維產(chǎn)品。

技術(shù)優(yōu)勢
與以激光為能源的成型技術(shù)相比,EBM RP工藝具有安全環(huán)保、能量利用率高、聚焦方便、適用材料范圍廣等優(yōu)點,尤其在粉末技術(shù)、快速成型、精確度、成本及零件性能等方面具有獨特優(yōu)勢。

相關(guān)研究案例
Palmquist等人將利用EBM RP技術(shù)制備的多孔式和實心式植入物置于綿羊雙側(cè)股骨和背部皮下,26周后取出植入物以及其周圍包被組織,進行定量及定性檢測并分析,結(jié)果顯示多孔式和實心式雙雙出現(xiàn)骨整合,且多孔植入物骨整合效果更加。

技術(shù)局限
雖然電子束熔融技術(shù)因其快捷、無需模具、準確性高的優(yōu)勢成為“第三次工業(yè)革命”的主力軍,然而EBM RP技術(shù)在骨科植入物方面的發(fā)展仍面臨工藝難度高、成本高、精度及效率差、配套軟件不完備等多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)。當然,隨著材料的研發(fā)、信息的迭新及控制技術(shù)的成熟,電子束熔融技術(shù)也將會步入新的階段。傳統(tǒng)3D打印技術(shù)在高溫加工或特定處理期間,細胞無法展現(xiàn)較高活性,且不能與生長因子等活性物質(zhì)相結(jié)合,此弊端逐年顯現(xiàn)。


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