Témata
Reklama

3D tisk v lékařském inženýrství

Aditivní technologie je velmi perspektivní výrobní metoda zejména pro svou možnost výroby tvarově složitých dílů, které by konvenčními postupy nebylo možné vyrobit vůbec nebo jen velmi obtížně, např. z několika kusů. Nevýhodou této technologie je pro většinu strojírenských aplikací vysoká drsnost povrchu takto vyrobených dílů, která se však paradoxně jeví jako velké plus při aplikacích v medicíně, kde nachází aditivní technologie velký potenciál. Jednu z prvních instalací stroje M2 cusing od německého výrobce Concept Laser uskutečnila společnost Misan u českého výrobce ortopedických a traumatologických implantátů, nástrojů a dalších zdravotnických prostředků společnosti ProSpon.

Zevní fixatéry, kloubní náhrady, vnitřní páteřní fixatéry, onkologické náhrady a další zdravotnické prostředky podléhají z důvodu použití přímo v lidském těle přísným pravidlům pro uvedení na trh. Výrobky musejí nést označení CE o shodě se základními požadavky národních předpisů a příslušného nařízení EU. Striktně se tyto komponenty vyrábějí z materiálů nezávadných pro lidské tělo. Jedním z nich je např. titan a jeho slitiny nebo polyetylen, který se používá na výrobu kloubních vložek sloužících jako náhrada chrupavky. Přesto, že společnost ProSpon disponuje technologií Concept Laser již třetím rokem, stále jednotlivé aplikace testuje a zdokonaluje. Implantováno bylo již několik individuálně zhotovených náhrad pro pacienty s onkologickým onemocněním. Cyklicky namáhané kloubní náhrady určené pro sériovou výrobu jsou stále ve fázi testování. Celkově provádí společnost ProSpon ve spolupráci s výzkumnými centry, vysokými školami a zkušebními laboratořemi mnoho testů a zkoušek pro zajištění opakovatelnosti výroby. V případě implantátů je potřeba otestovat jejich mechanickou pevnost, korozní odolnost, biologickou snášenlivost, tzv. toxicitu a únavovou pevnost.

Jak je uvedeno výše, právě velmi drsný povrch či různé odlehčené konstrukce podporují zarůstání, které je při těchto aplikacích velmi důležité. Implantáty vyrobené konvenčním obráběním je nutné k dosažení vyšší drsnosti povrchu tryskat korundem či plazmově povlakovat. Jako povlak se nejčastěji používá minerál s označením hydroxiapatit, který je také stavebním prvkem kostí. Takovou úpravu provádí společnost ProSpon v externí kooperaci. Výrobou náhrad pomocí aditivního procesu odpadají značné náklady na další povrchové úpravy.

Reklama
Reklama
Reklama
Stroj M2 cusing od společnosti Concept Laser nainstalovala společnost Misan do výrobních prostor výrobce ortopedických a traumatologických implantátů, nástrojů a dalších zdravotnických prostředků společnosti ProSpon před třemi lety.

Oříšek pro konstruktéry

Konstruktéři se zpočátku u nové výrobní technologie potýkali s problémy homogennosti struktury tištěného dílu. Úpravou různých parametrů lze tyto nedokonalosti odstranit, avšak cesta k úspěchu vede přes mnoho pokusů a následných testů. Velmi zodpovědně je potřeba přistupovat již k samotné konstrukci implantátu. Filozofie návrhu tvaru dílu a jeho orientace na základní desce včetně návrhu nutných podpor vyžaduje značné zkušenosti, speciální software, ale hlavně změnu konstrukčního myšlení. Základním pravidlem, kterým se řídí konstruktér s přihlédnutím na hospodárnost procesu, je snaha zaplnit základní desku nejvíce díly, neboť má jen omezený počet použití. A důležitý je také návrh nejméně nutného množství použitých podpor (podporu je potřeba umístit na všechny plochy pod úhlem menším než 45 °), protože i podpory jsou tištěny ze stejného materiálu, který je obecně drahý, a navíc v případě použití pro medicínské aplikace musí disponovat certifikátem čistoty, což jeho cenu ještě více zvyšuje. Z technologického hlediska navrhuje konstruktér díl s co možná nejmenší základnou, neboť by v důsledku vnitřních pnutí mohlo dojít k jeho deformaci již během tisku nebo po odříznutí ze základní desky. Pnutí lze z vyrobených dílů odstranit následným tepelným opracováním ještě před odříznutím dílů z desky.

Další speciální přístup je potřeba nepodceňovat v otázkách práškového hospodářství. Společnost ProSpon si pořídila stroj M2 cusing, jež disponuje přímo ve stroji komorou na odstranění zbylého prášku po dokončení tiskové úlohy, který je možné ještě dokonaleji pomocí rukávů a štětečku z dílů a desky odstranit. Také odstranění zbylého prášku v této komoře stejně jako samotný tisk probíhá pod ochrannou atmosférou argonu, což je v případě použití právě pro lékařské účely důležité, neboť titanový prášek na vzduchu rychle oxiduje a již by nemohl být opětovně použit. Aby mohl být prášek znovu použit, je potřeba další přídavné zařízení – prosévačka prášku.

Kyčelní jamky a další implantáty pro veterinu vyrobené aditivní technologií na stroji pro laserové spékání kovových prášků M2 cusing od Concept Laser.
Odřezání tisknutých dílů a odstranění podpor je ruční zámečnická práce, která může velmi zatížit dílnu. Na fotografii jsou kostní můstky různých velikostí určené pro zvířata.

Concept Laser splnil podmínky výběru

Na pořízení stroje pro aditivní výrobu firma obdržela evropské dotace a jeho koupi předcházelo výběrové řízení. Jedním z kritérií, kterou byl Concept Laser schopen splnit, byla samozřejmě cena, ale také mnoho dalších podmínek. Např. vysoká přesnost, jež je dána mimo jiné průměrem ohniska laserového svazku. U tohoto stroje je průměr ohniska 50 µm. Výkon laseru je 200 W a je možné stroj dovybavit druhou laserovou hlavou. Výška nanášené vrstvy může mít vliv na výslednou homogenitu dílu, proto je doporučeno respektovat doporučení výrobce – v tomto případě 30 µm.

Funkční části vytištěného dílu je nutné následně obrábět.

Jak se tvoří implantát?

Implantáty se vyrábějí v sériových velikostech nebo podle odpovídající geometrie. Druhá varianta je používána zejména při výrobě onkologických implantátů, kdy z jednotlivých CT snímků je pomocí speciálního softwaru vytvořen počítačový model. Ten se pomocí dalšího programu tzv. očistí od různých měkkých tkání apod. a navrhne se implantát. Vše probíhá v úzké spolupráci s lékaři, neboť je potřeba přesně navrhnout místa řezu či umístění uchycení implantátu. K tomu společnost ProSpon vyvíjí také operační techniku, aby byla výměna co možná nejpohodlnější nejen pro chirurga, ale také pro pacienta.

Ukázka implantátu kolenního kloubu. Vpředu zkušební šablona implantátu vyrobená aditivní technologií, vzadu leštěná kloubní náhrada z odlitku.

Vedle výroby samotných implantátů hledají ve společnosti ProSpon ještě další uplatnění pro výkonný stroj M2Cusing. Dobrý nápad se zrodil v hlavě ředitele společnosti Ing. Čejky, který se rozhodl uplatnit 3D tisk v procesu odlévání kloubních náhrad z chromkobaltové slitiny. Náhrady se odlévají metodou vytavitelných modelů přesným litím a k tomu je potřeba modelové zařízení na výrobu formy. K výrobě voskových modelů se nyní nově používají silikonové formy. Jádra forem byla vyrobena aditivní technologií na stroji Concept Laser. Tato inovace ušetřila ve výrobním procesu významnou finanční částku, přičemž možnosti uplatnění a potenciál této technologie v lékařském inženýrství ještě zdaleka nejsou u konce.

Eva Buzková

Eva.buzkova@mmspektrum.com

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 180466
Datum: 11. 04. 2018
Rubrika: Servis / Reportáž
Autor:
Firmy
Související články
Zcela jiné možnosti s aditivními technologiemi

Nadnárodní společnost General Electric napříč všemi svými dceřinými společnostmi neustále prohlubuje obrovské know-how. Vlastní zkušenosti s vývojem aditivně vyráběných částí zejména pro potřeby leteckého průmyslu přesahující již dvě dekády daly podnět ke vzniku zákaznického centra. GE Additive otevřela v roce 2017 zákaznické centrum (Customer experience center – CEC) kousek od Mnichova, kde firmám nabízí pomoc s nelehkými začátky s aditivními technologiemi.

Moderní technologie z Miskinu pomáhají léčit

Měřicí sondy Renishaw jistě velmi dobře zná každý náš čtenář a každý druhý obráběč. Plní nezbytnou a důležitou funkci v kontrole kvality v mnoha strojírenských aplikacích již téměř padesát let. Produkty společnosti se však neomezují pouze na prvky kontroly kvality, ale s technickým pokrokem a vývojem lidské společnosti se vyvíjí také portfolio této nadnárodní společnosti. Od roku 2011 vyrábí zařízení pro 3D tisk z kovů, která nacházejí uplatnění mj. v lékařství. Kvalita je důležitý faktor v průmyslové výrobě i v běžném životě, avšak zdraví je nade vše.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Související články
Nová kalírna zvýší kvalitu výrobků

Medin, jeden z největších evropských výrobců zdravotnických prostředků sídlící v Novém Městě na Moravě, v září oficiálně představil novou kalírnu. Nově instalovaná zařízení v kalírně rozšiřují nabídku služeb a současně zvyšují kvalitu výrobků. Její kapacitu mohou využívat také okolní strojírenské firmy.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Konference o budoucnosti české výroby

Iniciativu Budoucnost české výroby, jejíž zrod před dvěma lety iniciovala společnost Autodesk, má v současné době již na 800 členů zejména z řad výrobních společností. Smyslem jejího založení bylo postupně realizovat pomocí partnerských organizací takové kroky, které napomohou zbavit ČR nálepky levné ekonomiky, jak je bohužel ve světě stále vnímána.

Desatero pro export - Marketingový průzkum poprvé

V dnešním díle našeho exportního seriálu se budeme věnovat marketingovému průzkumu. Ten je základním nástrojem pro posuzování jednotlivých vývozních teritorií a sestavování individuálních exportních plánů. Cílem je vytvořit profily potenciálních trhů, které zahrnou jejich charakteristiky, očekávání a preference. Na základě těchto profilů chceme sestavit klasifikaci atraktivity trhů podle předem určených kritérií. Dalšími cíli jsou analýza konkurence na vybraných trzích, identifikace hrozeb a příležitostí a určení právního rámce a systému autorského práva.

Nahrajeme si vědomí do počítače?

Profesor kybernetiky Michael Šebek nevylučuje svoji přítomnost v jiném, uměle vytvořeném prostoru. Průmysl 4.0 chápe jako zásadní a přelomovou změnu a současné školství nás na budoucnost nepřipraví. Firmám radí „nechte své zaměstnance tvořit nesmysly“‎.

Důraz na udržitelnost, digitalizaci a 3D tisk

Japonsko je zemí, kde se rodí nejmodernější technologie a kde se dbá na udržitelný způsob života. Je kolébkou průmyslu a domovem největších průmyslových firem. Každé dva roky mají návštěvníci z celého světa možnost nahlédnout prostřednictvím veletrhu Jimtof (Japan International Machine Tool Fair) pod pokličku nejnovějších inovací v oboru obráběcích strojů a jejich příslušenství. Díky pozvání Japonské asociace výrobců obráběcích strojů JMTBA jsme měli možnost zúčastnit se tohoto veletrhu osobně. V následující reportáži se vám pokusíme zprostředkovat alespoň pár nejzajímavějších témat, která zde zazněla.

CIMT Peking, Část 2. Win Together

Podtitul veletrhu CIMT 2019 byl: 融合共赢 智造未来. Musíte uznat, že motto veletrhu je v této pro nás exotické podobě zahaleno značným tajemstvím. Dáte-li větu do automatického překladače, výsledná myšlenka zní: fúze a výhra. Jednoduchá slova, divný obsah - tento způsob nalezení významu věty opravdu není žádná výhra. Proto se o nápravu "ztráty v překladu" pokusíme v druhém vstupu z veletrhu, ve kterém se tentokrát podíváme i za technikou.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Strojírenské fórum 2019: Moderní výrobní technologie a materiály

V pořadí již šesté Strojírenské fórum, které je už tradičně platformou pro setkávání odborníků z oblasti výroby i souvisejících oborů, se odehrálo 27. března. Tentokrát se místem konání staly architektonicky nadmíru zajímavé prostory Strojní fakulty Technické univerzity v Liberci.
Důvodem, proč bylo zvoleno právě toto místo, však nebyla architektura, ale téma setkání – Moderní výrobní technologie a materiály. TUL je totiž vyhlášeným místem, kde moderní technologie, jejich výzkum i užití, byly a jsou jednou z hlavních priorit.

Perspektivy čínského draka

Již několik let vám pravidelně v tomto čase přinášíme reportáže ze dvou klíčových strojírenských veletrhů celého asijského kontinentu, které jsou určitým barometrem srovnání postupného vývoje čínských výrobců obráběcích strojů a komponent, ale i pohledem na zvolené marketingové strategie nadnárodních společností při jejich penetraci na zdejší čínský trh – největší a nejprogresivněji rostoucí na světě. V lichých letech se v Pekingu v dubnu koná veletrh CIMT (China International Machine Tool Show), v sudých přibližně ve shodné době pak v Šanghaji veletrh CCMT (China CNC Machine Tool Fair). Aktuální postřehy z každého dne veletrhu jsme přinášeli prostřednictvím redakčního portálu mmspekturm.com a sociální sítě facebook, s tradičním komplexnějším pohledem na veletrh a čínský komoditní trh jako takový přicházíme nyní.

Stroje, na kterých je radost obrábět

Středa 16. května, předváděcí hala firmy Teximp v Praze, v Horních Počernicích. Právě nyní a právě tady probíhá výroční „Open house“ – výstava CNC strojů, automatizace a technologií.

Veletržní válka světů

Redakce MM Průmyslového spektra věnovala šanghajskému veletrhu obráběcích strojů CCMT 2018 nemalou pozornost ve zpravodajství, které bylo uveřejňováno na webových stránkách v rubrice Očima redakce. V tomto článku a na přiložených obrázcích jsou zaznamenány veletržní postřehy, čínský kolorit, veletržní statistiky i holá fakta z oblasti čínského průmyslu. Něco málo o čínské výrobní technice a technologiích, které byly prezentovány na CCMT 2018, i pár dalších postřehů, jsme připravili do tohoto vydání.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit