مساحيق معدن الورك يشير إلى المساحيق الكروية المتخصصة المستخدمة في تقنيات تصنيع الإضافات المعدنية الناشئة لغرسات الورك والأطراف الصناعية. يغطي هذا الدليل السبائك الشائعة والخصائص والتطبيقات والمواصفات والموردين.
نظرة عامة على مساحيق الورك المعدنية
وتسمى أيضًا مساحيق تقويم مفاصل الورك، وتتيح هذه المواد المتقدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد لمكونات استبدال مفصل الورك الخاصة بالمريض مع هندسة معقدة وأداء ميكانيكي يفوق الغرسات التقليدية.
تشمل الخصائص الرئيسية لمساحيق معدن الورك ما يلي:
| الخصائص | صفات |
|---|---|
| السبائك | تيتانيوم، كروم الكوبالت، فولاذ مقاوم للصدأ، تيتانيوم، كروم الكوبالت، فولاذ مقاوم للصدأ |
| شكل الجسيمات | كروي للغاية |
| توزيع الحجم | 15-45 ميكرون نموذجي |
| الكثافة | مُحسَّن لقابلية الانتشار والتعبئة |
| السمات الرئيسية | متوافق حيوياً، وقوة عالية، ومقاومة للتآكل، وأداء مثبت في الجسم الحي |
| عملية التصنيع | التصنيع الإضافي –؛ النفث الموثق، DED، PBF |
| التطبيقات | كؤوس الورك والسيقان والبطانات الحُقيّة والصدفات |
تستمر مساحيق الورك في التقدم لرفع مستوى الأداء وطول العمر والتوافق الحيوي لغرسات تقويم العظام المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
أنواع السبائك
تشمل مساحيق معدن الورك الشائعة ما يلي:
| سبيكة | التركيب | الخصائص |
|---|---|---|
| تيتانيوم Ti64 | التيتانيوم، والألومنيوم، والفاناديوم | قوة عالية إلى الوزن، وخمول حيوي |
| كروم الكوبالت | الكوبالت، والكروم، والموليبدينوم | مقاومة التآكل، مقاومة التآكل |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | الحديد، الكروم، النيكل، النيكل، الموليبدينوم | الفعالية من حيث التكلفة، وقابلية المعالجة |
السبائك الناشئة
Novel alloys like TMZF® titanium-molybdenum-zirconium-iron tailor mechanical performance and bone integration ability through selective laser melting.
الخواص الميكانيكية
تمكّن مساحيق معدن الورك من تحقيق خصائص مواصفات ASTM التالية عند تصنيعها بشكل إضافي:
| الممتلكات | القيم المشتركة |
|---|---|
| قوة الشد | 750-1300 ميجا باسكال |
| قوة الخضوع | 450-1150 ميجا باسكال |
| الاستطالة عند الاستراحة | 8-25% |
| الصلابة | 280-550 فولت فائق الجهد 280-550 |
| خشونة السطح (Ra) | مُحسّن لنمو العظام |
يعتمد الأداء الميكانيكي على معلمات مثل سُمك الطبقة وطاقة الليزر وسرعة المسح الضوئي وما إلى ذلك أثناء الطباعة على شكل صمامات معدنية.
التطبيقات
تمتد الاستخدامات النموذجية لمساحيق معدن الورك:
| المكوّن | التفاصيل |
|---|---|
| أكواب الورك | مكوّن حديدي ذو شكل نصف كروي وسطح محكم لتكامل العظام |
| سيقان الفخذ | ممتدة في عظم الفخذ، مثبتة على مكون كوب الورك |
| البطانات والأصداف | توفر البطانة سطحاً مفصلياً منخفض التآكل للغاية، مثبتاً في الغلاف الخارجي |
المزايا
تعمل مكونات مسحوق الورك المطابقة حسب الطلب على تحسين طول العمر وتأخير/منع عمليات الاستبدال من خلال تحسينها:
- تثبيت العظام ونمو العظام
- انخفاض توليد الحطام المتآكل
- القضاء على نقاط ضعف الواجهة الأسمنتية
المواصفات
مساحيق معدن الورك يجب أن يستوفي الحد الأدنى من المواصفات التالية وفقًا لمعايير ISO و ASTM:
| السمة | حدود المواصفات |
|---|---|
| تركيبات السبائك | حسب مواصفات الرتبة (AMS/UNS) |
| حجم الجسيمات | 10-45 ميكرون |
| الكثافة الظاهرة | ≥ 80% من السبيكة |
| معدل التدفق | 25-50 ثانية/50 جم |
| الكروية | ≥ 0.9 المفضل |
وتخطو مساحيق الورك المتخصصة خطوة إلى الأمام من خلال تحسين شكل الجسيمات والبنية الداخلية وكيمياء السطح للحصول على قابلية انتشار وتعبئة وتلبيد خالية من العيوب أثناء الطباعة.
الموردون
تشمل قائمة الموردين العالميين الرائدين لمساحيق معدن الورك ما يلي:
| المورد | الدرجات المشتركة | تقدير السعر |
|---|---|---|
| AP&C | Ti64، CoCr، فولاذ | 500-1500 دولار/كجم |
| مضافات النجار | Ti64، CoCrMo | 800-2000 دولار/كيلوغرام |
| براكسير | Ti64، CoCr، SS316L، Ti64، CoCr، SS316L | 600-1800 دولار/كجم |
| ساندفيك أوسبري | Ti6AL4V ELI، CoCr ASTM F75 | 750-2500 دولار/كجم |
تختلف الأسعار بناءً على كميات الطلب ومواصفات المسحوق والسبائك المختارة. وتقترب بعض مساحيق الورك المخصصة لصناعة الصلب من 3000-5000 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد.
الإيجابيات والسلبيات
| الإيجابيات | السلبيات |
|---|---|
| الأشكال الهندسية المعقدة والمخصصة | تكاليف الأجهزة المرتفعة حاليًا |
| خواص ميكانيكية مُحسَّنة | بيانات سريرية محدودة على المدى الطويل |
| تمكين الهياكل المسامية الجديدة | تغطية جهات الدفع المقيدة للخيارات الناشئة |
| تبسيط عمليات مراجعة الغرسات الفاشلة | خطوات ما بعد المعالجة المطلوبة |
| تبسيط الخدمات اللوجستية الجراحية | عدم اليقين بشأن مسارات السداد |
الوجبات الرئيسية
- تقدم الآن كبرى الشركات المصنعة للمعادن الرائدة مساحيق الورك المحسنة للنفث الموثق والطباعة بالليزر
- تعمل السبائك والبنى الجديدة على رفع مستوى الأداء مقارنة بالغرسات التقليدية
- يستمر بناء الأدلة السريرية حول السلامة والفعالية
أسئلة وأجوبة
س: كم عدد غرسات تقويم العظام التي تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية اليوم؟
ج: يتم حاليًا تصنيع ما يقدر بنحو 4-5% من جميع أجهزة تقويم العظام مثل غرسات الورك والركبة والعمود الفقري بشكل إضافي من مساحيق معدنية ممتازة. ولكن من المتوقع أن يرتفع الاعتماد بشكل كبير.
س: هل هناك مخاوف بشأن تآكل المعادن أو الأيونات من الغرسات المطبوعة؟
ج: جميع الغرسات المعدنية تنطوي على احتمالية التآكل والحطام ولكن التقدم في السبائك وضوابط التصنيع والمعالجات السطحية يقلل الآن من المخاطر لتكون مماثلة للغرسات التقليدية القائمة على الصب/الحدادة.
س: كيف عطلت الجائحة إمكانية الوصول إلى عمليات استبدال المفاصل بما في ذلك الخيارات المطبوعة المعدنية؟
ج: أدى التعليق المؤقت لـ “الاختيارية” الإجراءات إلى تقييد عمليات استبدال مفصل الورك والركبة بشكل كبير. لكن إمكانية الوصول إلى هذه العمليات آخذة في الانتعاش مع تزايد وعي الجراحين بفوائد الطرق المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
س: هل ستقلل عمليات الزرع المطبوعة ثلاثية الأبعاد من التكاليف مقارنةً بعمليات استبدال مفصل الورك التقليدية؟
ج: تنطوي الغرسات المطبوعة حاليًا على علاوات سعرية أعلى من الغرسات العامة ولكنها تتيح التسعير على أساس القيمة نظرًا لفوائد الأداء السريري. ومع زيادة اعتمادها، يمكن أن تؤدي وفورات حجم التصنيع إلى تعزيز فعالية التكلفة.