Jak trwałe są implanty z drukarki 3D?

Technologia przyrostowego wytwarzania z proszków metalicznych jest stosunkowo nową metodą otrzymywania detali – trudno porównywać bogatą historię konwencjonalnych technik produkcyjnych (jak odlewnictwo czy frezowanie) z drukiem 3D z metalu. Zaufanie do technologii przyrostowych z roku na rok rośnie – producenci coraz częściej decydują się na wykonywanie kluczowych części końcowych do zastosowań w różnego rodzaju branżach (w tym samochodowej i lotniczej).

Jednak nadal jednym z często podejmowanych tematów jest trwałość metalowych detali, wykonanych w technologii przyrostowej. Wątpliwości w kwestii tego, czy wydruk z metalu może wykazywać takie same (a nawet lepsze) właściwościowi mechaniczne jak element wykonany standardowymi metodami wynikają przede wszystkim z dynamicznego rozwoju tej technologii. Jak na razie, trudno o długoterminowe obserwacje obrazujące korelacje pomiędzy upływem czasu a jego parametrami technicznymi.

Medyczny druk 3D tak na prawdę dopiero teraz przeżywa swój renesans  – ilość doniesień o odkrywczych sposobach wykorzystania technologii przestrzennych w służbie ochrony zdrowia z roku na rok sukcesywnie wzrasta. A jak mają się wszczepy osób poddawanych operacjom, kiedy to druk 3D nie cieszył się jeszcze aż taką popularności i kojarzony był przede wszystkim z metodami szybkiego prototypowania?

Doktor Guido Grappiolo jest prekursorem wdrażania drukowanych wszczepów w nowoczesnej implantologii – blisko dziesięć lat temu wszczepił pacjentowi endoprotezę, której elementy wykonane zostały z proszku tytanowego w technologii druku 3D. Co ważne, po dekadzie użytkowania implantu przez pacjenta brak jakichkolwiek podstaw do reimplantacji czy resekcji.

Staw biodrowy jako jeden z najbardziej obciążonych stawów w ciele człowieka – każdego dnia podczas chodzenia, biegania czy innych codziennych czynności. Wytrzymałość implantu, który ma stanowić substytut dla tej części ciała jest jednym z kluczowych cech, jakim musi się wyróżniać. Nawet w przypadku wszczepów wytwarzanych konwencjonalnymi metodami dochodzi do konieczności usunięcia elementu implantu – jednym z powodów może być obluzowywanie się któregoś z elementów w kości.

W przypadku drukowanych implantów nawet skomplikowana geometria dopasowana do anatomii pacjenta, nie tylko pod względem rozmiaru ale i kształtu, może zostać łatwo wytworzona. W przypadku pacjenta doktora Grappiolo wszczepiony został implant panewki – druk 3D pozwolił nie tylko na spersonalizowanie kształtu, ale również na stworzenie porowatej powierzchni umożliwiającej przerastanie tkanką kostną. Przeprowadzone badania wykazały że już w ciągu kilku tygodni na powierzchnię implantu zaczęły obrastać komórki.

Co więcej, implant umieszczony w organizmie został wystawiony na działanie jednego z najbardziej agresywnych środowisk – dlatego, wszczep wyróżnia się nie tylko odpowiednimi parametrami technicznymi, ale również wysoką odpornością na korozję. Rdzewienie implantów jest jedną z częstych przyczyn determinujących usuniecie z ciała, jednak zastosowanie właściwego materiału pozwoliło na unikniecie tego zjawiska. Medyczny stop tytanu wykazuje właściwości autopasywujące, co oznacza, że tworzy warstwę tlenkową na powierzchni zapobiegają tym samym korozji.

Za wydruk odpowiedzialny jest producent drukarek 3D wytwarzających detale z proszków metalicznych, pracujących w technologii EBM – Arcam AB. Od czasu pierwszej implantacji sprzed dekady firma wyprodukowała już 100 000 implantów panewek, które zostały wszczepione pacjentom.

W przypadku tradycyjnych endoprotez implant panewki zużywa się – czas jego żywotności to 15 – 20 lat – czy drukowany przestrzennie wszczep okaże się bardziej trwały niż konwencjonalne implanty?

Źródło: 3ders.org