Impresión 3D de tantalio
La impresión 3D es un nuevo método de procesamiento. La característica más importante de esta tecnología es que puede formar directamente la muestra tridimensional final en función del modelo de pieza de trabajo importado. La fusión por lecho de polvo láser (LPBF) y la fusión por haz de electrones (EBM) en la impresión 3D se utilizan a menudo para procesar dispositivos de implantes de tantalio. El equipo de procesamiento LPBF tiene tres almacenes, a saber, el almacén de polvo, el almacén de formación y el almacén de reciclaje. El polvo metálico debe agregarse al almacén de polvo con anticipación antes de imprimir. Durante el procesamiento, el polvo se esparce uniformemente en el almacén de formación mediante un raspador y luego se procesa mediante fusión por láser o haz de electrones, calentamiento y solidificación en una forma predeterminada. El contenedor de polvo sube capa por capa, el contenedor de formación desciende capa por capa y las capas se superponen y finalmente se forman.
La tecnología LPBF puede personalizar implantes óseos metálicos con formas y tamaños coincidentes según el área de tratamiento del paciente para satisfacer las necesidades de personalización personalizadas del paciente. Durante el procesamiento, el rayo láser de alta densidad de energía escanea capa por capa de acuerdo con la trayectoria diseñada por el modelo, y cada capa se superpone con precisión en la forma objetivo, logrando libertad en el diseño de la estructura de la pieza de trabajo. El tantalio tiene un alto punto de fusión y los métodos de procesamiento tradicionales son demasiado ineficientes para procesarlo. El rayo láser de alta energía liberado instantáneamente durante el procesamiento LPBF puede derretir completa y rápidamente el polvo de tantalio refractario, lo que reduce en gran medida la dificultad de preparación del tantalio biomédico y mejora la implantabilidad. Eficiencia de preparación, acortando el ciclo de preparación preoperatoria. El polvo no utilizado durante el procesamiento se puede reciclar y las muestras impresas son muy precisas. Solo se requiere una pequeña cantidad de fresado posterior y la tasa de utilización del material es alta, lo que reduce en gran medida el costo de fabricación de los implantes de tantalio. Además, LPBF puede lograr la preparación rápida de estructuras porosas, resolviendo eficazmente los problemas de masa excesiva y propiedades mecánicas desiguales de los dispositivos implantables de tantalio sólido.
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Factores que afectan la impresión 3D de tantalio médico
Los implantes médicos de metal de tantalio preparados mediante impresión 3D deben optimizar continuamente las propiedades mecánicas y biológicas para satisfacer las necesidades de las aplicaciones prácticas y evitar posibles riesgos. En esta etapa, la impresión 3D de tantalio debe mejorarse aún más en los dos aspectos siguientes:
(1) Los implantes deben satisfacer las necesidades individuales de diferentes pacientes y lograr una buena adaptación a diferentes partes dañadas y huesos deformados. Por lo tanto, la tecnología de procesamiento del producto debe tener un alto grado de libertad para reducir las restricciones en el diseño de la forma y el tamaño del producto. El implante debe proporcionar un soporte mecánico básico después de ser implantado en el cuerpo humano, por lo que el material debe tener buena resistencia y tenacidad. Las propiedades mecánicas de los implantes médicos de metal de tantalio preparados mediante impresión 3D están relacionadas con la calidad del polvo procesado, los parámetros de procesamiento y el tratamiento térmico. Se pueden obtener propiedades mecánicas apropiadas ajustando los parámetros de proceso correspondientes. Sin embargo, los parámetros de proceso están relacionados con el rendimiento de conformado real y el rendimiento de servicio del material. La relación funcional aún no está clara y necesita más exploración.
(2) El implante debe permanecer en el cuerpo humano durante mucho tiempo y el impacto en las células del tejido humano debe ser lo más pequeño posible para evitar infecciones. En esta etapa, la mayoría de los estudios regulan la estructura para mejorar el rendimiento biológico de los implantes de tantalio. Sin embargo, el diseño estructural del metal de tantalio impreso en 3D aún requiere más investigación.
(3) Los huesos humanos se pueden dividir en hueso cortical y hueso esponjoso según su estructura. El hueso cortical es relativamente denso y duro y se encuentra en la capa externa del hueso; el hueso esponjoso tiene una estructura trabecular tridimensional en forma de malla y se encuentra en el núcleo del hueso. El módulo elástico del tantalio puro generalmente supera los 100 GPa, que es mucho mayor que el módulo elástico del hueso esponjoso (0,01~1,57 GPa) y el hueso cortical (5~23 GPa). El módulo elástico del implante y el hueso humano no coinciden, y se producirán diferentes tensiones cuando se sometan a tensión, lo que dará como resultado un desplazamiento relativo entre los huesos. La implantación a largo plazo provocará un efecto de "protección contra la tensión". El implante soporta la mayor parte de la tensión y puede deformarse, lo que afecta su vida útil y su rendimiento. La falta a largo plazo de estimulación por presión en los huesos humanos conducirá a una actividad reducida de los osteoblastos y provocará una atrofia por desuso de los huesos humanos. El implante de metal está diseñado con una estructura porosa. Al ajustar la forma y la porosidad de la estructura porosa, se puede cambiar el módulo elástico y se pueden proporcionar más ubicaciones para que las células óseas crezcan y se adhieran, lo que favorece el contacto cercano entre el implante y el hueso esponjoso. combinar.
Estuche para implantes médicos de tantalio impreso en 3D
Con el avance continuo de los estándares médicos y la implementación de "Hecho en China 2025", los nuevos procesos de preparación representados por la fabricación aditiva han promovido el vigoroso desarrollo del mercado de implantes ortopédicos de mi país. Desde 2015, mi país se ha convertido en el segundo mayor consumidor de implantes óseos del mundo. Actualmente, los productos de implantes óseos se pueden dividir en categorías de columna, articulaciones y traumatología según los escenarios de uso. Entre ellos, las copas acetabulares (implantes articulares) y las jaulas de fusión intervertebral (implantes espinales) son las que crecen más rápidamente en comercialización. Los materiales de fabricación de implantes óseos incluyen metales, cerámicas, polímeros y materiales carbonosos. El tantalio, como miembro de los implantes óseos metálicos, tiene un gran potencial de desarrollo.
a. Productos para la columna vertebral
En China se han llevado a cabo investigaciones clínicas sobre implantes espinales hechos totalmente de tantalio impresos en 3D. En julio de 2021, el Hospital Xijing de la Universidad Médica de la Fuerza Aérea implantó un cono de tantalio impreso en 3D en el sitio defectuoso del cono del paciente para promover la curación rápida del sitio defectuoso. Debido a que el paciente tenía un tumor en la vértebra que continuaba comprimiendo la columna vertebral, se requirió una resección posterior en bloque de tres segmentos del tumor espinal y se requirió un implante para sostener el área defectuosa. En comparación con los implantes de titanio comunes, los conos de tantalio tienen una mejor capacidad para promover el crecimiento óseo y su módulo elástico es más consistente con el hueso humano. Por lo tanto, el hospital finalmente seleccionó vértebras artificiales de tantalio como implante. El éxito de este caso clínico de implante confirma el rendimiento y la viabilidad práctica de los dispositivos de implantes hechos totalmente de tantalio impresos en 3D.
b. Productos conjuntos
Anteriormente se habían llevado a cabo investigaciones clínicas sobre dispositivos de implantes articulares de tantalio. En 2017, la Universidad Médica del Ejército preparó una almohadilla de tantalio para la articulación de la rodilla mediante impresión 3D y realizó una cirugía de reemplazo en un paciente de 84- años. Antes de la impresión 3D, primero se construyó el modelo del implante en función de los resultados de la tomografía computarizada del paciente y se simuló la implantación de la prótesis en la computadora. Después de repetidas simulaciones y modificaciones, se realizó la impresión personalizada. El producto personalizado tiene una superficie rugosa y una estructura trabecular, lo que contribuye a la estabilidad a largo plazo del implante y del hueso humano y proporciona buenos resultados posoperatorios.
c. Productos para traumatismos
En abril de 2019, el stent de tantalio con estructura trabecular impreso en 3D desarrollado por el Hospital Xiangya se implantó con éxito en un paciente con necrosis femoral. Esta fue la primera cirugía de implantación de un stent de metal de tantalio del mundo. El punto de contacto entre la parte superior del stent de tantalio y el hueso humano tiene forma de arco, similar a la curvatura del hueso humano. Cuando se somete al stent a tensión, hay muchos puntos de contacto con el hueso humano y la presión es relativamente uniforme, lo que puede evitar daños al implante.
Conclusión
El desarrollo de la tecnología de impresión 3D ha proporcionado un espacio más amplio para la aplicación del tantalio en el campo médico. El mercado de aplicaciones del tantalio se encuentra actualmente en una etapa de rápido desarrollo. Por un lado, con el avance continuo de la tecnología médica y el envejecimiento de la población, la demanda de implantes ortopédicos seguirá aumentando; por otro lado, con el desarrollo continuo de la tecnología de impresión 3D, los tipos y propiedades de los materiales de impresión también seguirán aumentando. Aumentar.
En general, el mercado del tantalio impreso en 3D tiene amplias perspectivas, pero también requiere innovación tecnológica constante y supervisión médica para promover su desarrollo saludable.
Baoji Yusheng Metal Technology Co., Ltd. esUn excelente proveedor de metales raros. Los materiales incluyen tantalio, niobio, vanadio, circonio, hafnio y tungsteno. Podemos proporcionar diversos perfiles como: varillas, placas, alambres, anillos, láminas y tubos, láminas, etc.Si tiene alguna pregunta sobre el producto, puede comunicarse con nosotros en cualquier momento.
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