3D 프린팅 탄탈륨
3D 프린팅은 새로운 가공 방법입니다. 이 기술의 가장 중요한 특징은 가져온 작업물 모델을 기반으로 최종 3차원 샘플을 직접 형성할 수 있다는 것입니다. 3D 프린팅의 레이저 파우더 베드 퓨전(LPBF)과 전자빔 용융(EBM)은 종종 탄탈륨 임플란트 장치를 가공하는 데 사용됩니다. LPBF 가공 장비에는 파우더 창고, 성형 창고 및 재활용 창고의 세 개의 창고가 있습니다. 금속 파우더는 인쇄 전에 미리 파우더 창고에 추가해야 합니다. 가공하는 동안 파우더는 스크레이퍼로 성형 창고에 고르게 펴진 다음 레이저 또는 전자빔 용융, 가열 및 응고를 통해 미리 정해진 모양으로 가공됩니다. 파우더 통은 층별로 올라가고, 성형 통은 층별로 내려가며, 층은 중첩되어 최종적으로 형성됩니다.
LPBF 기술은 환자의 치료 영역에 따라 모양과 크기가 일치하는 금속 뼈 임플란트를 맞춤화하여 환자의 개인화된 맞춤화 요구를 충족할 수 있습니다. 가공하는 동안 고에너지 밀도 레이저 빔은 모델에서 설계한 궤적에 따라 층별로 스캔하고 각 층은 대상 모양에 정확하게 중첩되어 작업물 구조의 설계에서 자유를 얻습니다. 탄탈륨은 녹는점이 높고 기존 가공 방법은 탄탈륨을 가공하기에 너무 비효율적입니다. LPBF 가공 중에 즉시 방출되는 고에너지 레이저 빔은 내화성 탄탈륨 분말을 완전하고 빠르게 녹일 수 있어 생물의학 탄탈륨을 준비하는 어려움을 크게 줄이고 이식성을 향상시킵니다. 준비 효율성으로 수술 전 준비 주기를 단축합니다. 가공 중에 사용하지 않은 분말은 재활용할 수 있으며 인쇄된 샘플은 매우 정확합니다. 후속 밀링이 소량만 필요하고 재료 활용률이 높아 탄탈륨 임플란트의 제조 비용을 크게 절감합니다. 또한 LPBF는 다공성 구조를 신속하게 제조하여 고체 탄탈륨 이식형 장치의 과도한 질량 및 기계적 특성 불일치 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.
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의료용 탄탈륨 3D 프린팅에 영향을 미치는 요인
3D 프린팅을 통해 제조된 탄탈륨 의료용 금속 임플란트는 실제 응용 분야의 요구를 충족하고 잠재적 위험을 피하기 위해 기계적 특성과 생물학적 특성을 지속적으로 최적화해야 합니다. 이 단계에서 3D 프린팅 탄탈륨은 다음 두 가지 측면에서 더욱 개선되어야 합니다.
(1) 임플란트는 다양한 환자의 개별적인 요구를 충족해야 하며 다양한 손상된 부분과 변형된 뼈와 잘 맞아야 합니다. 따라서 제품 가공 기술은 제품 모양과 크기 설계에 대한 제한을 줄이기 위해 높은 자유도를 가져야 합니다. 임플란트는 인체에 이식된 후 기본적인 기계적 지지를 제공해야 하므로 재료는 강도와 인성이 좋아야 합니다. 3D 프린팅으로 제조된 탄탈륨 의료용 금속 임플란트의 기계적 특성은 가공된 분말의 품질, 가공 매개변수 및 열처리와 관련이 있습니다. 해당 공정 매개변수를 조정하여 적절한 기계적 특성을 얻을 수 있습니다. 그러나 공정 매개변수는 재료의 실제 성형 성능 및 서비스 성능과 관련이 있습니다. 기능적 관계는 아직 불분명하며 추가 탐색이 필요합니다.
(2) 임플란트는 인체에서 장기간 사용해야 하며, 감염을 피하기 위해 인체 조직 세포에 미치는 영향은 가능한 한 작아야 합니다. 이 단계에서는 대부분의 연구가 탄탈륨 임플란트의 생물학적 성능을 개선하기 위해 구조를 조절합니다. 그러나 3D 프린팅 탄탈륨 금속의 구조 설계는 아직 추가 연구가 필요합니다.
(3) 인체 뼈는 구조에 따라 피질골과 해면골로 나눌 수 있다. 피질골은 비교적 치밀하고 단단하며 뼈의 바깥층에 위치하며, 해면골은 3차원의 망상구조를 가지고 있으며 뼈의 중심부에 위치한다. 순수 탄탈륨의 탄성계수는 일반적으로 100 GPa를 초과하는데, 이는 해면골(0.01~1.57 GPa)과 피질골(5~23 GPa)의 탄성계수보다 훨씬 크다. 임플란트와 인체 뼈의 탄성계수가 일치하지 않으며, 응력을 받으면 변형률이 달라 뼈 사이에 상대적인 변위가 발생한다. 장기간 임플란트를 하면 "응력 차폐" 효과가 발생한다. 임플란트는 대부분의 변형률을 견디며 변형되어 사용 수명과 성능에 영향을 미칠 수 있다. 인체 뼈에 대한 압력 자극이 장기간 부족하면 골모세포 활동이 감소하고 인체 뼈의 불용성 위축이 발생한다. 금속 임플란트는 다공성 구조로 설계됩니다. 다공성 구조의 모양과 다공성을 조정하면 탄성 계수를 변경할 수 있으며, 뼈 세포가 자라고 부착할 수 있는 위치를 더 많이 제공할 수 있어 임플란트와 해면골 사이의 긴밀한 접촉에 도움이 됩니다. 결합합니다.
3D 프린팅 의료용 탄탈륨 임플란트 케이스
의료 기준의 지속적인 발전과 "Made in China 2025"의 실행으로, 적층 제조로 대표되는 새로운 제조 공정은 우리나라의 정형외과 임플란트 시장의 활발한 발전을 촉진했습니다. 2015년 이래로, 우리나라는 세계에서 두 번째로 큰 뼈 임플란트 소비국이 되었습니다. 현재, 뼈 임플란트 제품은 사용 시나리오에 따라 척추, 관절 및 외상 범주로 나눌 수 있습니다. 그 중에서도 아세타불러 컵(관절 임플란트)과 추간 융합 케이지(척추 임플란트)가 상용화에서 가장 빠르게 성장하고 있습니다. 뼈 임플란트 제조 재료에는 금속, 세라믹, 폴리머 및 탄소 재료가 포함됩니다. 금속 뼈 임플란트의 일원인 탄탈륨은 큰 개발 잠재력을 가지고 있습니다.
a. 척추 제품
3D 프린팅된 모든 탄탈륨 척추 임플란트 장치에 대한 임상 연구가 중국에서 수행되었습니다. 2021년 7월, 공군 의대의 시징 병원은 3D 프린팅된 탄탈륨 콘을 환자의 콘 결함 부위에 이식하여 결함 부위의 빠른 치유를 촉진했습니다. 환자는 척추를 계속 압박하는 척추 종양이 있었기 때문에 척추 종양의 3분절 후방 블록 절제가 필요했고 결함 부위를 지지하기 위한 임플란트가 필요했습니다. 일반적인 티타늄 임플란트와 비교하여 탄탈륨 콘은 뼈 성장을 촉진하는 능력이 더 뛰어나고 탄성 계수가 인간 뼈와 더 일치합니다. 따라서 병원은 결국 탄탈륨 인공 척추를 임플란트로 선택했습니다. 이 임상 임플란트 사례의 성공은 3D 프린팅된 모든 탄탈륨 임플란트 장치의 성능과 실용성을 확인합니다.
b. 공동 생산품
탄탈륨 관절 임플란트 장치에 대한 임상 연구는 이전에 수행되었습니다. 2017년 육군 의대는 3D 프린팅을 통해 탄탈륨 무릎 관절 패드를 준비하고 84-세 환자에게 교체 수술을 수행했습니다. 3D 프린팅 전에 환자의 CT 스캔 결과를 기반으로 임플란트 모델을 먼저 만들고 컴퓨터에서 보철물 이식을 시뮬레이션했습니다. 반복적인 시뮬레이션과 수정을 거쳐 개인화된 인쇄가 수행되었습니다. 개인화된 맞춤형 제품은 거친 표면과 트라베큘라 구조를 가지고 있어 임플란트와 인체 뼈의 장기적 안정성에 기여하고 좋은 수술 후 결과를 제공합니다.
c. 트라우마 제품
2019년 4월, 샹야 병원이 개발한 3D 프린팅 트라베큘라 구조 탄탈륨 스텐트가 대퇴골 괴사 환자에게 성공적으로 이식되었습니다. 이는 세계 최초의 탄탈륨 금속 스텐트 이식 수술이었습니다. 탄탈륨 스텐트 상단과 인체 뼈 사이의 접촉점은 호 모양으로 인체 뼈의 곡률과 유사합니다. 스텐트에 응력이 가해지면 인체 뼈와 많은 접촉점이 있으며 압력이 비교적 고르기 때문에 임플란트 손상을 방지할 수 있습니다.
결론
3D 프린팅 기술의 발전은 의료 분야에서 탄탈륨을 적용하는 데 더 넓은 공간을 제공했습니다. 탄탈륨의 응용 시장은 현재 급속한 발전 단계에 있습니다. 한편으로는 의료 기술의 지속적인 발전과 인구의 고령화로 인해 정형외과 임플란트에 대한 수요가 계속 증가할 것입니다. 다른 한편으로는 3D 프린팅 기술의 지속적인 발전으로 인쇄 재료의 종류와 특성도 계속 증가할 것입니다. 증가.
전반적으로 3D 프린팅 탄탈륨 시장은 넓은 전망을 가지고 있지만, 건강한 발전을 촉진하기 위해서는 지속적인 기술 혁신과 의학적 감독이 필요합니다.
바오지 유성 금속 기술 유한회사는희귀 금속의 우수한 공급업체입니다. 소재로는 탄탈륨, 니오븀, 바나듐, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐이 있습니다. 막대, 판, 와이어, 링, 시트, 튜브, 호일 등 다양한 프로파일을 제공할 수 있습니다.제품에 대한 문의사항이 있으시면 언제든지 저희에게 문의해주세요.
매상
바오지 유성 금속 테크놀로지 유한회사
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