Stratasys：3D打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書（17頁）.pdf

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1、白皮書3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書23D 打印機在醫療行業中的用途非常廣泛，應用領域涉及設備設計概念、功能原型、模具到復雜手術的培訓和模擬。這些項目使用的材料包括可復制組織以達到設計目的的獨特多材料系統，以及生產級高性能熱塑性塑料，賦予了設計師創造創新產品的自由。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書33D 打印機采用數字設計并制作三維物體。3D 打印工藝（也稱為增材制造）通過逐層沉積少量材料來打印零件。與此相反，傳統的制造方法是通過切削、研磨、銑削以及其他方法來去除材料。如今，3D 打印機可采用多種不同的打印技術。本電子書將對熔融沉積建模(FDM)和打印材料進行

2、討論。FDM 由 Stratasys 在 20 世紀 90 年代初期推出，通過計算機控制的擠壓頭熔化并擠出細帶狀的塑料，從而打印出即時可用的 3D 零件。3D 打印已經沿用了超過 30 年，但最近引起了很多媒體的關注。Wohlers Associates Inc.是一家跟蹤快速產品開發以及增材制造發展和趨勢的咨詢公司，它預計到 2018 年增材制造和 3D 打印行業的全球收入將達到 128 億美元。根據該公司在該主題上的年度出版物2015 年沃勒斯報告，3D 打印行業收入在 2014 年估計將增長至 41 億美元。Wohlers Associates 預測，到 2020 年，該行業所有產品和服

3、務的收入將超過 210 億美元。該公司將這種增長歸因于成品零件的增加、現在可用機器和材料的更多選擇、媒體的關注、多個集團的投資以及低成本的桌面 3D 打印機。FDM 的工作原理3D 打印流程從 3D 計算機輔助設計(CAD)模型開始。創建 3D 打印模型后，將其作為.STL 文件導出。.STL 文件隨后被導入Stratasys 用于 FDM 的兩個軟件程序中的一個，Insight 或 Catalyst，具體取決于目標打印機。預處理軟件計算切片并將零件設計切成多個分層，分層高度從 0.005 英寸（0.127 毫米）到 0.013 英寸（0.3302 毫米）不等。然后，該軟件使用切片數據生成工具

4、路徑，或打印指令，以驅動擠壓頭工作。該軟件的工作原理類似于紙質打印機的驅動程序，將數據作為作業發送到 3D 打印機，然后將要放置打印材料的位置告知打印頭。FDM 的工作原理的第二步是生產或分層流程。首先，3D 打印機會沉積出幾層一次性支撐材料，形成一個底座。支撐材料還可為懸垂等部分提供支撐，作為其托架。Stratasys 的 Fortus 450mc 打印機可打印尺寸高達 406 x 355 x 406 毫米（16 x 14 x 16 英寸）的零件。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書4兩種材料（一種用于制作零件，一種用于支撐零件）被加熱至半液體狀態，再通過擠壓頭進行擠壓，然后精確

5、地沉積在極細的層中，大小大致與人的頭發相同。系統在零件材料和支撐材料之間不斷變換，沉積出厚度為 0.005 英寸（0.13 毫米）的薄層。打印頭沿 X-Y 坐標移動，當從下往上打印模型及其支撐材料時，建?；?Z 軸向下移動。熔化塑料的每一層都是一層一層沉積的，并通過擠壓頭稍微壓平。最后，所有層都會立即相互融合。FDM 的準確性和高精度要歸功于進料率和擠壓頭運動的完美配合。兩者都在不斷變化，以形成寬度為 0.008 英寸到 0.038 英寸（0.20 毫米到 0.97 毫米）的扁帶狀材料。在性能最高的 FDM 打印機上，零件的準確性或允差最高可達 0.003 英寸（0.08 毫米），足以媲美

6、注塑成型工藝。打印模型時，可溶性支撐材料會支撐懸垂部分，以便 3D 打印復雜的模型，甚至是嵌套結構和帶有運動零件的多零件配件。打印作業完成后，支撐材料會被洗掉，然后可以隨時使用模型，或者如果需要，可以將成品上漆或通過其他工藝進一步加工。n n n n n nn nn機動車 16.1%航空航天 14.8%工業/商業機器 17.5%消費品/電子產品 16.6%醫療/牙科 13.1%學術機構 8.2%政府/軍事 6.6%建筑 3.2%其他 3.9%3D 打印市場細分資料來源：2015 年沃勒斯報告16.1%14.8%17.5%16.6%13.1%8.2%6.6%3.2%3.9%3D 打印材料賦予醫療

7、設計師全新的工作方式白皮書5醫療保健與 3D 打印行業 根據2015 年沃勒斯報告，醫療/牙科行業是 2014 年 3D 打印的最大細分市場，市場份額為 13.1%，其他依次為工業(17.5%)、電子產品(16.6%)和機動車(16.1%)?？偛课挥诟ゼ醽喼菹穆宕木S爾的 SmarTech Markets Publishing 發布了一份題為2015 年醫療市場的 3D 打?。簷C會分析和十年預測的研究報告，著眼分析了未來十年與醫療行業相關的 3D 打印的發展方向。根據 SmarTech 的數據，2014 年有超過 1,100 臺 3D 打印機出售用于醫療用途。該公司預測，到 2020 年，這一

8、數字將會翻倍，每年大約有 2,200 臺打印機用于醫療行業。同時，預計在市場的材料領域將會實現更大的增長。2014 年，用于醫療行業的 3D 打印材料收入約為 5,000 萬美元。根據 SmarTech 的數據，到 2020 年，這一數字將會增長近七倍，飆升至 3.45 億美元。這意味著材料的市場將大于打印這些材料的實際硬件的市場。推動材料市場大幅增長的主要驅動力是對定制醫療植入物和模型的需求迅速增長?？偛课挥谟鴤惗氐纳虡I信息提供商 Visiongain 公司發布的另一份報告預測，2018 年醫療行業的全球 3D 打印市場價值將超過 40 億美元。（該報告在市場定義中包括牙科產品、醫療植入物

9、、生物打印組織以及其他醫療用途。）根據 Visiongain 在 2014 年 1 月發布的醫療保健行業的 3D 打?。?014 至 2024 年的研發、行業和市場報告，2013 年醫療市場產生了 12 億美元的收入。Stratasys 的 Fortus 250mc 打印機使用可溶性支撐結構，可輕松進行免提拆卸，即使對于具有復雜幾何形狀和扭曲腔體的零件也是如此。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書6Visiongain 預測，從 2014 年起醫療保健行業的 3D 打印整體市場將會迅速增長，并指出：“多維打印比傳統制造方法更具優勢，因為它有助于生產具有高度針對性的復雜幾何形狀和表面

10、。同時，它還非常適合生產小批量的高價值產品。因此，這些打印機提供了適合醫療保健行業生產產品的合成方法，其中對基于患者特定的高質量產品的需求正在不斷增加，尤其是在骨科領域?！贬t療行業使用 3D 打印的好處 3D 打印零件在醫療行業中有多種用途。設計師們正在使用 3D 打印技術來構建概念模型、功能原型、工廠工具（如模具和機器人手臂末端），甚至是成品。同時，醫生、外科醫生和醫院也在使用 3D 打印進行新的醫療設備設計、培訓和模擬，以及測試和研究。3D 打印零件的示例包括與皮膚接觸的工具、實驗室儀器和外骨骼治具。概念模型。在設計過程的早期，可以使用 FDM 技術打印模型，以檢驗形狀、適合度和人體工程學

11、。根據發現的任何缺陷，可以輕松地更改設計并再次打印。該迭代過程可持續進行，直至找到最佳概念。從 2D 打印到實體零件的轉變將加快產品開發流程，同時降低成本。設計團隊可以與提供反饋的其他人更早地審查概念。與工程、營銷和質保部門快速進行協作，可以讓設計師在整個設計過程和后續測試中進行相應調整。原型。過去，出于成本和時間方面的考慮，很少在醫療設備設計工作中使用原型，但 3D 打印可以提供一種更快且更簡化的系統，讓醫療產品制造商自行開發可隨時試用的臨床設備，以檢查形狀、適合度、功能和可制造性。例如，在傳統的制造過程中，如果工程師擁有 10 種不同的產品設計，但由于有與交付時間、工具加工和測試相關的成本

12、，他們通常需要將選項縮小到兩個或三個設計原型。借助 3D 打印，該公司可以快速且高效地打印所有 10 個產品設計，以進行性能測試和嚴格的工程評估。制作功能性原型組件通常需要幾小時到幾天的時間。制造工具。使用 3D 打印機可以輕松制作夾具、治具、儀表、模型、模子和模具，無需花費時間和金錢進行加工、制造、塑造或鑄造。FDM 生產級打印機不僅能夠節省制造工具的時間和成本，而且還能夠改善裝配過程?；趯拥纳a可以獲得輕巧、復雜且符合人體工程學的形狀，從而提高制造效率。成品。對于 5,000 件或更少的零件，您可以考慮使用打印機打印零件來替代傳統的鑄模、機械加工或工具加工流程。消除傳統的制造工藝可以節省

13、時間和成本，同時也可以在必要時自由地修改設計。手術模擬和解剖模型。創建逼真的模型作為手術導板以規劃復雜的醫療手術是 3D 打印最有趣的應用之一，并且由于 3D 打印機能夠創建更逼真的組織模擬，其利用率也在不斷提高。外科醫生可以創建需要手術的身體3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書7部位模型，使其手術技能得以練習，例如儀器插入、打結、解剖，以及修復創傷或先天性缺陷。對于需要復雜，多方面和多學科的外科手術病例，預先確定最佳治療方案的能力至關重要，尤其是在不同專業（血管、骨科、神經外科，可能全部用在同一位患者身上）的團隊之間。解剖模型能讓外科手術團隊評估幾種不同的治療方案，然后再選定一個

14、手術規劃，確保這些需求得到滿足。反過來，這些模型可以為醫生的教育和培訓創造參考資料：以數字形式保存，可以重新打印以用來替換尸體標本、動物測試或典型解剖模型。用于 FDM 3D 打印的醫用材料很早以前，FDM 技術已被廣泛用于工業熱塑性塑料和丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物(ABS)。但是，用于 FDM 技術的醫用材料FDM 生產級打印機不僅能夠節省制造工具的時間和成本，而且還能夠改善裝配過程。也在不斷發展。如今，已經出現多種不同的 ABS，并且每種 ABS 的機械性能都比原始 ABS 的配方更好。如果要為 FDM 項目選擇合適的醫用材料，必須了解 FDM 技術的功能和局限性。利用 FDM 制成的治具、

15、模具和原型可以經受嚴格的測試，以及在生產車間持續使用。FDM 使用的材料能夠很容易滿足各種特殊特性，例如韌性、靜電耗散和生物兼容性。Stratasys 可以為 FDM 機器提供兩種具有生物兼容性(ISO 10993 USP Class VI)的材料：ABS-M30i 和 PC-ISO。這兩種材料可以使用伽瑪輻射或氧化乙烯消毒方法進行消毒。這兩種材料最適合用于制作需要良好的強度且需要進行消毒的零件。但是，Stratasys 或原材料制造商都無法在符合 FDA 標準的情況下批準用于特定應用的樹脂/塑料。最終設備制造商有責任通過對最終產品中使用的所有零部件和材料進行適當的測試和分析，確定最終用途的適

16、用性。對于堅固的模具、定制治具和生產零件，FDM 技術可與生產級材料搭配使用，包括高性能熱塑性塑料。對于成品生產，材料穩定性和長期性能至關重要。因此，需要考慮機械、耐熱、電氣和化學特性，以及由于老化或環境暴露因素而引起的任何變化。Stratasys FDM 機器使用 16 種不同的材料，包括 3 種工程熱塑性塑料。每種材料的說明分別如下所述。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書8ABS-M30 和 ABSplusABS-M30 塑料配方是 FDM 工藝中常用的塑料配方，專用于 Fortus 系列生產級 3D 打印機。此材料配方也稱為 ABSplus，適用于 uPrint 系列 3D

17、 打印機。這些材料處于原絲狀時，便是具有相同機械性能的等同材料。但是，ABSplus 和 ABS-M30 之間存在成品零件材料特性差異。與模制零件一樣，加工過程也有所不同。Fortus 3D 打印機擁有高級硬件和軟件控制，可按不同的方式處理材料，專為制造應用而開發。由此，改善了可從 ABS-M30 實現的材料特性。雖然 ABSplus 可生產堅韌的零件，但 ABS-M30 零件通常在所有類別中都具有更高的強度。這兩種材料都能生產出穩定、堅固且耐用的零件。它們都具有一系列顏色，包括白色、黑色、紅色、藍色、綠色、熒光黃色等。使這兩種材料成為 FDM 的生產主力的另一種常見品質是，它們的表面處理非常

18、簡單。與大多數增材制造工藝一樣，FDM 機器使用犧牲性支撐結構來構建零件，但 ABS 材料具有其他材料通常不具備的特性：非接觸式支撐去除。由于采用可溶性支撐材料，無需進行手工勞動。將零件放置在槽中，支撐材料即可被溶解掉。ABSplus 和 ABS-M30 零件的表面光潔度遠遠超出了概念建模、功能原型制作和創建制造工具的需求。如果應用針對的是母版、營銷模型或成品，并且用戶需要類似于注塑成型所具有的表面光潔度，則可使用 FDM 的可觸精細拋光工作臺（Finishing Touch Smoothing Station）提供的可選免手動式平滑流程，在一分鐘內將零件處理平滑。良好的材料特性和簡單的后處理

19、使得 ABSplus 和 ABS-M30 成為最常用的 FDM 材料。ABS-M30i醫療、制藥和食品處理設備有相應的嚴格法規，防止消費者受到疾病侵害。法規包括諸如 ISO 10993 和 USP Class VI 之類的標準，這些法規將材料分類為具有生物相容性。ABS-M30i 符合這些標準，因此可用于與皮膚、食物和藥物接觸的產品。使用 ABS-M30i 對該醫療霧化器進行 3D 打印。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書9ABS-M30i 既具有足夠強度，又擁有滅菌功能?？梢允褂觅が斴椛浠蜓趸蚁┫痉椒▽?ABS-M30i 進行消毒。使用 ABS-M30i 制作的零件具有良好

20、的生物兼容性和出色的機械特性，非常適合概念建模、功能原型制作、制造工具和最終用戶零件。ABS-ESD7ABS-ESD7 是 Stratasys 的一種靜電耗散材料，可用于 FDM。這款材料可防止靜電積聚，因此適合于靜電荷可能損壞產品、損害性能或導致爆炸的應用。由于這些原因，ABS-ESD7 非常適用于電子元件的托架和收納器、電子裝配元件的固定裝置以及生產線和輸送機零件。其他應用包括電子產品外殼、電子包裝材料和粉末或霧狀物輸送或分配過程的產品設計和驗證。ABS-ESD7 還可消除另一個常見的靜電問題，即顆粒（如灰塵或粉末）的吸引和積聚，而這種問題可能會降低產品性能。ABS-ESD7 還可避免吸附

21、霧化液體，因此有助于制作藥物吸入器，確?；颊咻斔屯暾乃幬飫┝?，不會使霧狀物附著在吸入器的內表面上。ABS-ESD7 的所有機械性能均在 ABS-M30 額定值的 5%以內。ABSiABSi 是適合概念建模、功能原型制作和直接數字制造的理想材料。ABSi 的優勢在于其半透明性。它的強度優于標準 ABS，并且 ABSi 的半透明特性有利于監控材料流動和光透射，最常用于醫療和汽車應用領域。使用 ABSi 制造的零件外觀獨特、尺寸精確且經久耐用，并且還能夠隨時間保持其形狀。使用 ABSi 制造的零件外觀獨特、尺寸精確且經久耐用，并且還能夠隨時間保持其形狀。ASA丙烯腈(ASA)是一種良好的通用熱塑性

22、塑料。與 ABS 相比，它具有改進的機械特性，并且還具有一個重要的區別：UV 穩定性。ASA 可打印抗紫外線的零件，這些零件不會因為長期暴露于陽光而降解，而且它還提供了所有 FDM 熱塑性塑料所具有的一些最佳美觀度特性。ASA 具有優異的機械特性和美觀度，同時也非常適合通用原型制作。它還提供 10 種顏色供用戶選擇，超過任何其他 FDM 材料，并且還具有出色的色牢度。PCPC 是使用最廣泛的工程級熱塑性塑料，具有極高的拉伸和彎曲強度，以及良好的耐熱性。它具有所有 FDM 材料中第二高的拉伸強度，以及高達 280F(138C)的高熱變形溫度。這是一種適用于包括功能性測試、加工或生產在內的嚴苛應用

23、的材料。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書10PC-ABS聚碳酸酯和 ABS 的混合物可以為 PC 和 ABS 材料提供最理想的特性。具有 PC 的優異機械性能和耐熱性，其中包括所有 FDM 材料中最高的沖擊強度等級之一。同時，它還具有 ABS 的優異抗彎強度、特征細節以及優美外觀。使用工程熱塑性塑料進行 3D 打印可提供更堅固的零件，更可靠的測試，以及可模擬最終產品材料特性的原型。PC-ISO與 ABS-M30i 相似，PC-ISO 是一種生物相容性（ISO 10993 和 USP Class VI）材料，適合作為醫療、制藥和食品包裝行業的另一種 FDM 替代品。PC-ISO

24、可以使用伽瑪輻射或氧化乙烯方法進行消毒，使用 MRI 機器是觀察不到的。PC-ISO 具有極高的拉伸和彎曲強度，以及更高的熱變形溫度。在這些類別中，其值比 ABS-M30i 的相應值高出 33%至 59%。由于 PC-ISO 具有出色的強度和醫學兼容性，因此通常用于食品和藥物包裝，以及醫療設備制造。PLAPLA 是一種可生物降解的可再生塑料材料，是用于半透明或不透明“快速草稿”零件迭代的低成本選項。PLA 提供良好的拉伸強度，具有比 ABS 更高的剛度和與聚碳酸酯相當的強度。其熔點和 HDT 很低，因此在建模時所需的熱和功率更低。PLA 特別適用于快速概念驗證和設計驗證。理想的應用包括早期概念

25、建模、快速原型制作和金屬零件鑄造。ULTEM 9085 樹脂ULTEM 9085 樹脂是可用于 FDM 的三種高性能工程熱塑材料之一，因為它能夠滿足苛刻的安全要求，因此被廣泛用于生產多種飛機和航空航天產品。ULTEM 9085 樹脂是一種 FST 認證材料，這意味著它能滿足火焰、煙霧和毒性方面的標準。即使應用不要求 FST 評級，但由于 ULTEM 9085 樹脂具有卓越的強度、耐用性以及耐熱性和耐化學性，因此使得它成為了整個功能原型或最終用途的理想選擇。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書11ULTEM 1010 樹脂ULTEM 1010 樹脂可提供所有 FDM 熱塑性塑料中最高

26、的耐熱性、耐化學性和抗拉強度。FDM 材料是唯一經過 NSF 51 食品接觸認證的材料，并且與 ISO 10993/USP Class VI 認證具有生物兼容性。ULTEM 1010 已被用于 3D 打印醫療工具，例如可以耐受高壓蒸汽消毒的外科手術導板。ULTEM 1010 樹脂具有所有 FDM 材料中最低的熱膨脹系數，是適用于許多工業加工應用和其他需要獨特強度和熱穩定性組合的零件的理想選擇。PPSF/PPSU 聚苯砜可用于 FDM 的第一款高性能工程熱塑性塑料是 PPSF（也稱為 PPSU）。PPSF 具有良好的耐熱性（熱變形溫度為 372F/189C）和耐化學性。它在機械方面的性能優于高性

27、能材料之外的其他 FDM 材料。PPSF 可耐油脂、汽油、化學品和酸。與 ABSi 和 ABS-M30i 相同，PPSF 可進行消毒，但是由于其溫度特性和耐化學性，可以通過其他方法進行消毒，包括高壓蒸汽消毒、等離子、化學和輻射消毒。FDM Nylon 12FDM Nylon 12 是 Stratasys 的尼龍產品系列中的第一種材料。Nylon 12 能夠支持需使用重復卡扣匹配測試、高抗疲勞性、強耐化學性和按壓（摩擦）匹配嵌件的新應用。Nylon 12 主要用于航空航天、汽車和消費品行業，提供無與倫比的韌性以及簡單清潔的無塵工藝。相比于任何其他增材制造技術，Nylon 12 零件具有高出 10

28、0%至 300%的斷裂伸長率和優異的抗疲勞性。適用于醫療應用的材料材料關鍵特征ABS-M30、ABSplus通用，耐用ABS-ESD7抗靜電耗散ABS-M30i生物相容ABSi半透明ASA抗紫外線PC強韌（拉伸）PC-ABS強韌（沖擊）PC-ISO生物相容PLA快速草稿打印，高分辨率零件ULTEM 9085 樹脂機械性能出眾ULTEM 1010 樹脂生物相容性，最高耐溫性PPSF高抗性（熱/化學品）FDM Nylon 12強（高抗疲勞性）FDM Nylon 12CF極高抗彎強度，最高剛度-重量比FDM Nylon 6強（沖擊），韌性（高抗疲勞性）3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書

29、12FDM Nylon 12CFFDM Nylon 12CF 是一種碳填充的熱塑性塑料，具有出色的結構特性。該材料由 Nylon 12 樹脂和短切碳纖維的混合物構成，載荷比為 35%。這種組合造就了 FDM 材料組合中最堅固的熱塑性塑料之一。它擁有所有 FDM 熱塑性塑料中最高的抗彎強度，因此具有最高的剛度重量比。適用范圍包括航空航天、汽車、工業和休閑娛樂制造 SR-110 支撐材料中堅固而輕量的模具應用和功能性原型。FDM Nylon 6FDM Nylon 6 同時具有優于其他熱塑性塑料的強度和韌性，用于需要使用堅固定制零件的應用和持續時間更長的加工，可經受嚴格的功能測試。利用 Nylon

30、6 這種常用于制造工藝的熱塑性塑料進行制作，與 Fortus 900mc 配合使用，可生產具有光潔表面和高抗斷裂性的耐用零件。FDM Nylon 6 是汽車、航空航天、消費品和工業制造行業中的產品制造商和開發工程師的理想選擇。探討醫療設計的新方法3D 打印是現有制造技術的理想替代方案，但它又不僅僅只是一種對待舊事物的新方法。它可以是用于設計新產品，甚至是新產品類別的新方法，這是傳統技術所無法想像或無法制造的。3D 打印能讓醫療設計師整合零件，減少組裝件數量，設計負拔?；虼蛴】勺儽诤?。同時，醫療設計師還可以在需要強度的位置添加使用材料，在不重要的位置減少使用材料。3D 打印選項包括復雜的幾何形狀

31、、有機形狀和中空內部等。例如，位于明尼蘇達州伊甸草原的 Acist Medical Systems 可以設計和制造供心臟病科醫生和放射科醫生使用的注射造影劑設備。該公司在功能測試、治具和生產零件中廣泛采用 3D 打印零件。在復雜的組裝件中，Acist 利用 3D 打印圍繞加工零件、電路板和集成電路，盡可能高效地設計塑料零件。在 Acist 的 EmpowerCTA 注射系統中，一個低壓注射器有 36 個零件會顯示在顯示器上，其中有 7 個是 FDM 零件。Acist 利用 FDM 技術能夠通過組合零件和增加額外復雜性，以新的方式設計制造醫療設備。對于傳統的制造方法（如注塑成型），這種方法是不可

32、能的。FDM 技術能夠讓 Acist Medical Systems 輕松快速地測試原型。白皮書13具體來說，如果 Acist 不使用 FDM 的增材制造方法，那么現在完成顯示的 7 個零件將會變成 15 個，超過制造和庫存零件的兩倍。Acist 圍繞加工零件、電路板和集成電路設計 FDM 零件，優化設計以提高制造能力。模具和機械零件的設計必須經過可靠的測試，然后才能生產。該公司甚至還會在客戶環境中測試 3D 打印零件的功能。在某個實例中，操作員指出需要將多種類型的換能器連接到同一臺機器，并且還需要能夠從一個換能器快速切換到另一個換能器。Acist 利用 CAD 軟件很快設計出相應的零件來解決

33、此問題，并通過 Dimension 3D 打印機將其打印為功能零件，運送到全球并廣泛用于不同機器。Acist 強調指出，FDM 易于創建和打印的零件，使用傳統方法進行模具制作是非常具有挑戰性的。FDM 3D 打印機能夠讓 Emma 佩戴量身定制的輕質外骨骼，從而可以讓她充分使用自己的手臂。3D 打印零件的另一個例子突出了該技術如何允許打印前所未有的新醫療設備。特拉華州威爾明頓市內穆爾/阿爾弗雷德杜邦兒童醫院的研究人員，使用 FDM 3D 打印機為一位小女孩打印了按比例縮小的外骨骼。該定制的外骨骼對于日常使用來說非常耐用，并且可以隨著孩子的成長進行重新設計。否則，該外骨骼的零件對于傳統 CNC

34、系統來說可能太小且太細。隨著新材料和新想法的實現，用于醫療應用的 3D 打印將會繼續增長。該技術具有許多優點，包括醫療產品和設備的定制和個性化、成本效益、提高的生產率以及增強的協作。同時，它還有助于創作以前不可能或難以想像的新設計和產品，以及產品類別。手術室使用 3D 打印進行原型設計和重新設計外科手術儀器，3D 打印用于固定儀器并使3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書14手術室保持整齊的治具，3D 打印監控設備的外殼，通過 3D 打印定制和打印植入患者體內的植入物，以及外科醫生使用 3D 打印解剖模型進行手術的日子近在咫尺。設計師、工程師、醫生、外科醫生和其他企業家不受常規制造的

35、限制，可以對設計有不同的看法，以及可以只根據所需的形狀、適合度和功能來制作零件。與傳統制造零件相比，3D 打印產品的生產速度更快且成本更低。3D 打印模型可改善醫院的骨科手術利用 3D 打印模型進行術前規劃和預演，可為復雜的手術節省一個小時時間，并提高手術成功率。梁國穗教授正在擴大香港中文大學(CUHK)醫學院創傷骨科，使其突破傳統的角色，成為學術性臨床科室。在威爾斯親王醫院的科室里，梁教授致力于提高手術的成功率和準確性、增強患者的信心并探索全新的創新手術方法，這些工作正在同時穩步推進。怎樣做？梁國穗教授使用患者的 CT 掃描作為藍本以 3D 打印其骨頭模型。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的

36、工作方式白皮書15使用 3D 打印技術制作骨頭模型和手術導板，為骨科手術做好準備。3D 打印非常適合制作骨骼原型，因為人體骨骼中的鈣可以使掃描的圖像非常清晰。計算機斷層掃描(CT)可以生成 3D 打印所需的文件。外科醫生使用 3D 打印骨骼模型進行咨詢、評估和手術規劃，治療包括骨癌手術、變性關節炎、四肢畸形重整和骨折骨骼重建在內的疾病。降低手術成本并縮短手術時間威爾斯親王醫院使用 Stratasys 的 Fortus 3D 打印機，利用 FDM 技術打印手術導板和手術工具。在使用 3D 模型準備外科手術之前，威爾斯親王醫院的大多數外科醫生都依靠他們的經驗和 CT 掃描來可視化和規劃手術。而驗證

37、他們的規劃是否可行卻只能是在手術室里。使用 3D 打印模型準備手術縮短了手術過程，提高了手術的準確性和成功率?！盎颊叩?3D 打印骨骼模型用于測試穩定板或螺釘的不同位置。3D 打印讓我們能進行深入評估和手術前預演，從而實現平穩的手術過程，使植入物更精確地吻合患者的骨骼曲度，”梁教授說?！巴瑫r，還降低了出血和隨后感染的風險?！惫前┦中g中最常見的切口部位之一是靠近膝關節的股骨末端。若要完全摘除腫瘤并重建功能性肢體，切口部位的準確性至關重要。3D 打印材料賦予醫療設計師全新的工作方式白皮書16矯正因交通事故而引起的骨盆骨折（醫院的另一項常規手術）也需要極高的精確性。對于復雜的手術，如確定螺釘放置的角

38、度和金屬植入物的位置，3D 模型提供了獲得所需精度所需的試驗空間。威爾斯親王醫院使用 3D 打印技術治療各種病例，從矯正截骨術（因畸形使骨頭重新排列）到因交通事故而造成的復雜骨折。在術前過程中融合 3D 打印零件后，將手術時間平均縮短了一個小時。創造創新的手術方法香港中文大學骨科學習中心生物醫學工程師 Elvis Chun-sing Chui 說，“采用 3D 打印為試用創新的手術方法提供了一個平臺。此外，3D 打印還促進了醫生與患者之間的溝通。借助 3D 打印零件，患者可以更好地了解診斷和治療情況?！背舜蛴∈中g導板之外，香港中文大學和威爾斯親王醫院進一步將其應用范圍擴展到打印小型的一次性手

39、術工具。例如，對于骨科醫生來說，經常使用手術導板以確保在將螺釘插入骨骼之前準確放置螺釘是非常有幫助的。這些小型塑料導板是根據每個患者的獨特解剖結構和手術程序專門制作的。并且由于 Fortus 3D 打印機可以使用 PC-ISO（一種可消毒的生物兼容性熱塑性塑料）進行打印，因此臨床醫生可以直接通過 3D 打印機對患者使用手術導板。在某個病例中，3D 打印手術導板的成本僅約 100 港幣，比傳統制造成本少幾倍，并且生產速度更快?！?D 打印有助于我們推進醫療研究和開發，”梁教授說?！?D 打印 在手術導板和手術工具領域都提供了巨大的潛力。而且，使用 3D 打印所節省的成本現在可用于研發，最終使患者

40、、醫生和研究人員都可以受益?！盕DM 植入物使 Oreo 重獲新生2011 年，一條名為 Oreo 的 6 歲混種犬左后髕骨出現脫位。為了緩解疼痛，不得不摘除它的髕骨，但手術后它變跛了。獸醫隨后找到骨科創新中心(OIC)（加拿大的一家為醫療設備市場提供服務的研究和測試機構），咨詢了為 Oreo 制造一個人造假體的可能性。OIC 經常使用 3D 打印為客戶縮短設計和生產周期，并生產小批量或定制產品，這對于 Oreo 來說是一個很好的解決方案。髕骨的 CAD 模型。白皮書17美國總部7665 Commerce Way,Eden Prairie,MN 55344,USA+1 952 937 3000

41、 www.stratasys- ISO 9001:2015 認證中國上海上海市靜安區靈石路 718 號 A3 幢一樓郵編：200072電話：+86 21 3319 6093以色列總部1 Holtzman St.,Science Park,PO Box 2496 Rehovot 76124,Israel +972 74 745 4000Stratasys 官方微信 2020 Stratasys Inc.版權所有。保留所有權利。Stratasys、Stratasys 徽標、FDM、Fortus、Dimension、uPrint、ABS-M30、ABSplus、ABS-ESD7、ABS-M30i、A

42、BSi、PC-ISO、FDM Nylon 6、FDM Nylon 12、FDM Nylon 12CF 和 PolyJet 是 Stratasys Inc.在美國和其他國家/地區注冊的商標或注冊商標。ULTEM 是 SABIC 或其附屬公司的注冊商標。所有其他商標由各自所有者所有，而有關這些非 Stratasys 公司產品的選擇、性能，或使用的問題，Stratasys 公司不承擔任何責任。產品規格如有變更，恕不另行通知。WP_DU_MedicalDesign_A4_0520a為了幫助 Oreo 重獲新生，OIC 獲得了捐贈的髕骨，用于生成縮小的數字化副本。生物醫學工程師隨后將該文件轉換為計算機輔

43、助設計(CAD)模型。然后，使用 Oreo 的另一個髕骨的 X 射線照片，根據股骨來修改 CAD 設計?！耙?Oreo 為例，我們僅用四天時間就能夠制造出量身定制的植入物，包括設計、分析、物理測試和制造。當我們沿著學習曲線向下移動時，僅在一或兩天內就可以制造出類似的植入物?！?D 打印植入物OIC 通過 Stratasys 3D 打印機使用 PC-ISO 生物兼容性聚碳酸酯(ISO 10993 USP Class VI)，利用 FDM 技術打印人造髕骨。對植入物進行物理測試，以驗證它提供必要的機械強度的能力。將植入物使用氧化乙烯在 54C(130F)下消毒一個小時。在 Oreo 的手術過程中，使用聚丙烯縫線將植入物固定到肌腱和四頭肌。Oreo 順利恢復了，手術后八周恢復了腿的全部功能，并且具有全方位的運動和承重能力。主人說，它現在可以走很遠的路，并用后腿跳?，F在，三年多過去了，Oreo 可以繼續憑借 3D 打印植入物享受積極的生活，沒有出現并發癥?！癋DM 是制造植入物的理想技術，因為它可以生產出結實耐用且具有適宜物理特性的生物兼容性零件，”骨科創新中心總裁 Martin Petrak 說?！敖柚?FDM，我們可以根據受體的解剖結構量身定制植入體，從而有可能在功能和恢復時間方面取得顯著的改善?！監reo