Druk 3D implantów na wymiar w technologiach FDM i SLM według MaterialsCare

Spersonalizowane implanty to jeden z przykładów pokazujących, jak druk 3D umożliwia wykonanie kształtów niemożliwych do uzyskania innymi metodami i poszerza wybór materiałów o pozycje wcześniej na rynku niedostępne. Swój udział ma w tym MaterialsCare, polska firma działająca we współpracy z Politechniką Warszawską, zajmująca się produkcją drukowanych w 3D implantów stosowanych u ludzi i u zwierząt oraz opracowywaniem nowych materiałów wykorzystywanych w procesie druku 3D.

MaterialsCare oferuje usługi związane z technologiami FDM i SLM, produkując na zamówienie implanty polimerowe i metaliczne. Procedura przygotowania modelu 3D rozpoczyna się od zobrazowania ubytku tkanek, który ma zostać wypełniony. Dzięki badaniom obrazowym takim jak tomografia komputerowa, czy rezonans magnetyczny określa się kształt i wymiary ubytku, a następnie wyodrębnia się go do modelu 3D. Na tej podstawie projektowany jest kształt implantu, który go wypełni.

W zależności od rodzaju tkanek (tkanki miękkie, chrząstka, czy kość) i tego, jakie obciążenie mają wytrzymać, dobiera się materiał i strukturę implantu. Może on być porowaty, bądź lity, może stanowić długotrwałą podporę, pozostając w ciele pacjenta przez całe jego życie, gdy jest wykonany z materiałów metalicznych, bądź być krótkookresowy i ulec rozpuszczeniu w tkankach, jeśli został wykonany z odpowiednich biodegradowalnych materiałów.

Do produkcji implantów w technologii FDM firma wykorzystuje biokompatybilne materiały spełniające normy Medical Grade. Najczęściej są to tworzywa takie, jak polilaktyd, polikaprolakton i kompozyt polikaprolakton-hydroksyapatyt.

Kość piszczelowa z zaznaczonym na czerwono obszarem do implantacji (A), implant w miejscu ubytku (B), porowaty implant do druku 3D (C)

Technologia SLM wykorzystywana jest między innymi w stomatologii, do produkcji tytanowych koron i mostów oraz w ortopedii, do produkcji implantów kostnych narażonych na znaczne obciążenia mechaniczne. Spiekanie metalowego proszku umożliwia tworzenie rusztowań o wielkości beleczek rzędu 150µm o dowolnej geometrii. Opracowana we współpracy z Politechniką Warszawską metoda drukowania 3D z tytanu umożliwia MaterialsCare wytwarzanie implantów z czystego tytanu o właściwościach mechanicznych zbliżonych do stopu tytanu z aluminium i wanadem, eliminując tym samym negatywny wpływ na zdrowie tych dwóch ostatnich. Kolejnym obszarem zainteresowań firmy jest praca nad nowymi materiałami, które nadawałyby się do druku SLM, ponieważ na rynku medycznym jest spore zapotrzebowanie na nowe stopy i kompozyty.

Obecnie MaterialsCare wraz z naukowcami z Politechniki Warszawskiej pracuje nad technologią syntezy hydrożeli, która w przyszłości mogłaby przyczynić się do druku 3D tkanki chrzęstnej oraz narządów takich jak trzustka.

Źródło: B. Wysocki & A. Chmielewska & K. Szlązak. (2017). Druk 3D implantów na wymiar metodami FDM oraz SLM. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle. 13-14.