Narzędzia medyczne z drukarki 3d

Kiedy ponad 12 lat temu firma BIBUS MENOS podjęła decyzję o zakupie pierwszej drukarki 3D do naszej nowo powstałej prototypowni, nie sądziliśmy, że tak niszowa, na tamte czasy, technologia zrewolucjonizuje niemal wszystkie gałęzie przemysłu. 

BIBUS MENOS swoją przygodę z technologiami przyrostowymi zaczął od systemów budujących modele z gipsu. Następnie park maszyn powiększył się o maszyny żywiczne, spiekające proszki poliamidowe, wytłaczające materiały termoplastyczne. 

Obecnie drukowanie 3D stało się jednym z podstawowych elementów oferty. Firma wykonuje kilka tysięcy wydruków rocznie. Przez lata, jako polscy przedstawiciele największych światowych producentów drukarek 3D, spółka wdrożyła również ponad 100 systemów  produkcyjnych.

- "Kiedy ktoś pyta nas czy druk 3D pozwala na bezpośrednią produkcję złożonych, finalnych części,  odpowiadamy bez zastanowienia  - Oczywiście! Druk w metalu.”

Wykorzystując technologię druku 3D zwaną DMLS, czyli budowanie modeli poprzez bezpośrednie selektywne przetapianie proszków metali, można budować elementy, których nie udałoby się wytworzyć metodami tradycyjnymi np. poprzez toczenie, frezowanie lub odlewane. Technologia ta stała się w ostatnich latach bardzo pożądanym rozwiązaniem dzięki nieustannie rosnącym potrzebom branży lotniczej oraz medycznej. Pionierami w komercjalizacji technologii druku w metalu były takie firmy jak Siemens, BEGO, DePuy Spine, Lockheed Martin, Pratt & Whitney czy MTU Aeroengines.

Jak korzystają z technologii DMLS światowi giganci? 

Ciekawy przykład stanowi firma DePuy Spine - wiodący producent i dostawca urządzeń i materiałów ortopedycznych i neurochirurgicznych. Od ponad 20 lat firma współpracuje z wiodącymi lekarzami klinicznymi i badaczami w celu rozwoju produktów przeznaczonych do leczenia chorób kręgosłupa w oparciu o zebraną wiedzę i doświadczenia zarówno ekspertów, jak i pacjentów.

Chirurgia kręgosłupa to jedne z najbardziej precyzyjnych zabiegów wykonywanych przez lekarzy. Oczywistym jest, że umiejętności człowieka mają ogromne znaczenie w uzyskaniu dobrych rezultatów, niemniej ważna jest jednak precyzja i niezawodność stosowanych w czasie operacji narzędzi.

Fot.: Prototyp urządzenia Plate Bender stosowanego do konturowania płytek, wykorzystywanych w chirurgii kręgosłupa

W miarę jak małoinwazyjna technika chirurgiczna (MIS) staje się jedną z najszybciej rozwijających się dyscyplin w dziedzinie leczenia kręgosłupa, chirurdzy ortopedyczni wymagają coraz bardziej wyrafinowanych narzędzi. Niezbędna jest zatem optymalizacja ich wymiarów oraz geometrii przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej wytrzymałości. Warunkiem koniecznym jest również biokompatybilność zastosowanych do produkcji materiałów. Dostarczenie chirurgowi właściwego narzędzia  oraz opracowanie nowych lub niestandardowych rozwiązań może być bardzo pracochłonnym procesem. Przygotowanie prototypów, wprowadzenie niezbędnych korekt i modyfikacji, wybór materiałów, badania autopsyjne i produkcja mogą trwać nawet kilka miesięcy. Aby zredukować tak długi czas oczekiwania, firma DePuy Spine postanowiła sięgnąć po nowoczesne technologie.

Rozwiązanie

Na początku zespół projektowy DePuy Spine wykonuje projekt podstawowy, w wielu przypadkach jest  to wykonany  na drukarce 3D prototyp z tworzywa sztucznego. Prototyp ten jest przekazywany do oceny przez chirurgów. Po zmodyfikowaniu projektu zgodnie z zaleceniami lekarzy DePuy może wykonać prototyp z metalu. Punktem początkowym dla wytworzenia narzędzia w procesie selektywnego przetapiania proszków metali (DMLS) jest plik CAD.

Jeżeli konsultanci medyczni są w pełni zadowoleni z uzyskanego narzędzia, wykonuje się narzędzie docelowe, które musi jeszcze przejść próby autopsyjne, aby umożliwić chirurgom sprawdzenie funkcjonalności narzędzia. Gotowe produkty są poddawane ostatnim próbom mechanicznym i weryfikacji przed użyciem podczas zabiegu chirurgicznego.

Rezultaty

DePuy Spine wytwarza ponad 70 markowych produktów z ponad 10 000 kodami produktów dystrybuowanych na całym świecie. Dzięki zastosowaniu jednego systemu DMLS firmy EOS tylko w pierwszym roku udało się wyprodukować 2000 prototypowych narzędzi chirurgicznych - zginaczy, ekstraktorów, śrub chirurgicznych, zacisków, reduktorów itp.

Fot.: Przykład wdrożenia z zastosowaniem maszyn EOS GmbH

Wdrożenie technologii spiekania laserowego w centrum rozwoju firmy zaowocowało zmianą schematu w projektowaniu narzędzi. Dlaczego? Nie projektuje się już pod kątem możliwości produkcyjnych, lecz pod kątem funkcjonalności. Projektanci nie myślą o tym jak mogą pogodzić projekt z ograniczeniami produkcyjnymi. W przypadku technologii druku 3D nie ma to zasadniczo żadnego znaczenia.

Lekarze pełniący funkcję konsultantów przy projekcie mają bardzo rygorystyczne wymagania dotyczące narzędzi takich jak skalpele, kleszczyki, szczypczyki i stojaki na narzędzia. Kiedy chirurdzy testują narzędzia, mogą zwrócić się o zmodyfikowanie kąta uchwytu lub wytrzymałości sprężyny. Zmodyfikowanie projektu CAD jest bardzo proste, dzięki czemu można łatwo wykonać kolejny prototyp narzędzia, aby zapewnić lekarzom większy wybór. Technologia  druku w metalu umożliwia wytworzenie niemal dowolnego narzędzia. Dodatkowo własna maszyna pozwala skrócić czas realizacji prototypów narzędzi chirurgicznych z kilku miesięcy do niecałego tygodnia.

Fot.: Przykład wdrożenia z zastosowaniem maszyn EOS GmbH

DePuy Spine to tylko jeden z wielu przykładów firm, które odważyły się zaufać technologii druku 3D. Co ogromnie cieszy, również w Polsce wiele firm nie boi się nowości. Testują nowe materiały, sięgają po kolejne technologie, rozbudowują swoje parki maszynowe. Firma BIBUS MENOS z dumą patrzy na powstające w naszym kraju innowacyjne projekty, w których dzięki realizowanym wydrukom lub dostarczonym maszynom może uczestniczyć. 

Autor:

Agnieszka Ejsmont - Mierzwińska

Specjalista ds. Systemów Szybkiego Prototypowania

BIBUS MENOS Sp. z o.o.