1, Nguyên lý kỹ thuật: tác dụng hiệp đồng của việc lựa chọn vật liệu và tối ưu hóa kết cấu
Cốt lõi của công nghệ in 3D kim loại để nâng cao khả năng tái sử dụng của các thiết bị y tế nằm ở khả năng lựa chọn vật liệu độc đáo và tối ưu hóa cấu trúc.
Lựa chọn vật liệu:
Hợp kim titan (Ti6Al4V): Là kim loại y tế được sử dụng phổ biến nhất, lớp bảo vệ titan dioxide (TiO ₂) dày đặc tự hình thành trên bề mặt hợp kim titan, chống ăn mòn hiệu quả từ chất dịch cơ thể. Khả năng tương thích sinh học tuyệt vời và tính chất cơ học của nó làm cho nó trở thành vật liệu được ưa thích để cấy ghép chỉnh hình và phục hồi răng.
Hợp kim crom coban: thể hiện khả năng chống mài mòn và độ cứng tuyệt vời trong môi trường ma sát cao, đồng thời màng oxit hình thành trên bề mặt giúp tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn. Được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như khớp nhân tạo và stent tim mạch.
Cấu trúc titan xốp: Titan xốp được sản xuất bằng công nghệ nấu chảy bột bằng laser (PBF{0}}LB) không chỉ điều chỉnh độ cứng của mô cấy và thúc đẩy sự phát triển mô xương mà cấu trúc lỗ phức tạp của nó còn tạo điều kiện cho chất lỏng lưu thông và giảm nguy cơ ăn mòn cục bộ.
Tối ưu hóa cấu trúc:
Thiết kế lỗ rỗng phức tạp: Cấu trúc lỗ phức tạp khó đạt được bằng các kỹ thuật truyền thống có thể dễ dàng đạt được bằng in 3D kim loại. Những lỗ rỗng này không chỉ làm giảm trọng lượng của thiết bị mà còn cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của thiết bị bằng cách tối ưu hóa sự phân bổ ứng suất, giảm xác suất xảy ra ăn mòn.
Vật liệu được phân loại theo chức năng: Bằng cách đạt được sự thay đổi độ dốc trong thành phần vật liệu trong cùng một thành phần, khả năng chống ăn mòn có thể được cải thiện ở những khu vực cụ thể trong khi vẫn duy trì độ bền và độ dẻo dai tổng thể của cấu trúc.
2, Những thách thức và giải pháp kỹ thuật: Chuyển đổi từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng quy mô lớn
Mặc dù công nghệ in 3D kim loại đã cho thấy những lợi thế đáng kể trong việc cải thiện khả năng tái sử dụng của các thiết bị y tế, nhưng ứng dụng quy mô lớn{1}}của công nghệ này vẫn phải đối mặt với một số thách thức:
Hạn chế về vật chất:
Vấn đề chi phí: Các vật liệu hiệu suất cao như hợp kim titan có giá thành cao, điều này hạn chế việc ứng dụng các thiết bị y tế dùng một lần. Giải pháp này bao gồm việc khám phá các vật liệu có chi phí thấp-chẳng hạn như thép không gỉ cấp y tế (chẳng hạn như 316L) và giảm chi phí vật liệu thông qua-quy mô sản xuất lớn.
Vật liệu có thể phân hủy: Đặc tính phân hủy nhanh chóng của vật liệu phân hủy sinh học như hợp kim magiê và hợp kim kẽm trong cơ thể đòi hỏi phải tối ưu hóa hơn nữa thông qua hợp kim hóa hoặc xử lý bề mặt để đạt được tốc độ phân hủy có thể kiểm soát được.
Độ chính xác khi in và-xử lý hậu kỳ:
Tính đồng nhất của cấu trúc mịn: Tính đồng nhất của cấu trúc lỗ rỗng (như kích thước lỗ 0,5mm) ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học của thiết bị. Độ chính xác khi in cần được cải thiện bằng cách tối ưu hóa các thông số in như công suất laser và tốc độ quét.
Công nghệ xử lý sau: Sau khi in, thiết bị cần phải trải qua quá trình-xử lý sau như đánh bóng và mài để loại bỏ các khuyết tật bề mặt, cải thiện khả năng chống ăn mòn và khả năng tương thích sinh học.
Vấn đề khử trùng và thất bại:
Khử trùng bằng nhiệt nhiều lần có thể dẫn đến hư hỏng các vật liệu như hợp kim titan và polyme. Chúng ta cần phát triển các vật liệu y tế chuyên dụng có khả năng chịu được nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học hoặc sử dụng-các phương pháp khử trùng ở nhiệt độ thấp như khử trùng bằng oxit ethylene, chiếu xạ gamma, v.v.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/dmls-3d-printing-copper-heatsink.html