힙 메탈 파우더 는 고관절 임플란트 및 보철물을 위한 새로운 금속 적층 제조 기술에 사용되는 특수 구형 분말을 의미합니다. 이 가이드에서는 일반적인 합금, 특성, 응용 분야, 사양 및 공급업체를 다룹니다.
힙 메탈 파우더 개요
고관절 성형 분말이라고도 하는 이 첨단 소재는 복잡한 형상과 기존 임플란트를 능가하는 기계적 성능을 갖춘 환자 맞춤형 고관절 교체 부품의 3D 프린팅을 가능하게 합니다.
힙 메탈 파우더의 주요 특징은 다음과 같습니다:
| 속성 | 특성 |
|---|---|
| 합금 | 티타늄, 코발트 크롬, 스테인리스 스틸 |
| 파티클 모양 | 고도로 구형 |
| 크기 분포 | 일반적으로 15-45미크론 |
| 밀도 | 확산성 및 포장에 최적화 |
| 주요 속성 | 생체 적합성, 고강도, 내식성, 입증된 생체 내 성능 |
| 제조 프로세스 | 적층 제조 &8211; 바인더 제팅, DED, PBF |
| 애플리케이션 | 힙 컵, 스템, 비구 라이너 및 쉘 |
3D 프린팅 정형외과용 임플란트의 성능, 수명, 생체 적합성을 높이기 위해 힙 파우더는 계속해서 발전하고 있습니다.
합금 유형
일반적인 고관절 금속 분말에는 다음이 포함됩니다:
| 합금 | 구성 | 속성 |
|---|---|---|
| 티타늄 Ti64 | 티타늄, 알루미늄, 바나듐 | 높은 중량 대비 강도, 생체 불활성 |
| 코발트 크롬 | 코발트, 크롬, 몰리브덴 | 내마모성, 내식성 |
| 스테인리스 스틸 | 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴 | 비용 효율성, 처리 가능성 |
신흥 합금
TMZF® 티타늄-몰리브덴-지르코늄-철과 같은 새로운 합금은 선택적 레이저 용융을 통해 기계적 성능과 골 통합 능력을 맞춤화합니다.
기계적 특성
힙 금속 분말은 적층 제조 시 다음과 같은 ASTM 사양 특성을 달성할 수 있습니다:
| 속성 | 공통 가치 |
|---|---|
| 인장 강도 | 750-1300 MPa |
| 수율 강도 | 450-1150 MPa |
| 휴식 시 신장 | 8-25% |
| 경도 | 280-550 HV |
| 표면 거칠기(Ra) | 뼈 성장에 최적화 |
기계적 성능은 AM 인쇄 중 레이어 두께, 레이저 출력, 스캔 속도 등과 같은 매개 변수에 따라 달라집니다.
애플리케이션
힙 메탈 파우더의 일반적인 용도는 다양합니다:
| 구성 요소 | 세부 정보 |
|---|---|
| 힙 컵 | 반구형 모양과 질감이 있는 표면으로 뼈 통합을 위한 비구 구성 요소 |
| 대퇴스템 | 대퇴골까지 연장되어 힙 컵 구성품에 고정됩니다. |
| 라이너 및 셸 | 라이너는 외부 쉘에 고정된 초저마모 관절 표면을 제공합니다. |
혜택
맞춤형 고관절 파우더 성분을 최적화하여 수명을 개선하고 교체 수술을 지연/예방합니다:
- 뼈 고정 및 성장
- 낮은 마모 잔해 발생
- 시멘트 인터페이스의 약점 제거
사양
힙 메탈 파우더 는 ISO 및 ASTM 표준에 따라 다음 최소 사양을 충족해야 합니다:
| 속성 | 사양 제한 |
|---|---|
| 합금 구성 | 등급별 사양(AMS/UNS) |
| 입자 크기 | 10-45 미크론 |
| 겉보기 밀도 | ≥ 합금의 80% 이상 |
| 유량 | 25-50초/50g |
| 구형성 | ≥ 0.9 이상 선호 |
특수 고관절 분말은 입자 모양, 내부 구조 및 표면 화학을 최적화하여 인쇄 시 완벽한 퍼짐성, 패킹 및 소결 거동을 구현함으로써 한 단계 더 발전했습니다.
공급업체
대표적인 글로벌 금속 분말 공급업체는 다음과 같습니다:
| 공급업체 | 공통 성적 | 가격 견적 |
|---|---|---|
| AP&C | Ti64, CoCr, 강철 | 500-1500달러/kg |
| 목수 첨가제 | Ti64, CoCrMo | 800-2000/kg |
| 프렉스에어 | Ti64, CoCr, SS316L | 600-1800/kg |
| 샌드빅 오스프리 | Ti6AL4V ELI, CoCr ASTM F75 | 750-2500/kg |
가격은 주문 수량, 파우더 사양 및 선택한 합금에 따라 달라집니다. AM용으로 맞춤화된 일부 힙 파우더는 kg당 3000-5000달러 이상입니다.
장단점
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 복잡한 맞춤형 지오메트리 | 현재 높은 하드웨어 비용 |
| 최적화된 기계적 특성 | 제한된 장기 임상 데이터 |
| 새로운 다공성 구조 구현 | 새로운 옵션의 제한된 지불자 적용 범위 |
| 실패한 임플란트의 수정 간소화 | 필요한 후처리 단계 |
| 수술 물류 간소화 | 환급 경로에 대한 불확실성 |
주요 내용
- 선도적인 금속 제조업체는 이제 바인더 제팅 및 레이저 기반 인쇄에 최적화된 힙 파우더를 제공합니다.
- 새로운 합금과 아키텍처로 기존 임플란트 대비 성능 향상
- 안전성과 효능에 대한 임상적 증거가 계속 쌓이고 있습니다.
자주 묻는 질문
Q: 오늘날 금속 3D 프린팅을 사용하는 정형외과 임플란트는 몇 개나 되나요?
A: 현재 고관절, 무릎 및 척추 임플란트와 같은 모든 정형외과용 기기의 약 4~5%가 프리미엄 금속 분말로 적층 제조되고 있습니다. 하지만 그 채택률은 기하급수적으로 증가할 것으로 예상됩니다.
Q: 인쇄된 임플란트의 금속 부식이나 이온에 대한 우려는 없나요?
A: 모든 금속 임플란트는 부식 및 파편이 발생할 가능성이 있지만 합금, 제조 제어 및 표면 처리의 발전으로 위험을 최소화하여 기존의 주조/단조 기반 임플란트와 비슷한 수준으로 개선되었습니다.
Q: 팬데믹으로 인해 금속 인쇄 옵션을 포함한 관절 교체 시술에 대한 접근성이 어떻게 달라졌나요?
A: 고관절 및 슬관절 치환술의 일시적인 중단으로 인해 고관절 및 슬관절 치환술이 크게 제한되었습니다. 그러나 3D 프린팅 접근법의 이점에 대한 외과의의 인식이 높아지면서 접근성이 회복되고 있습니다.
Q: 3D 프린팅 임플란트가 기존 고관절 교체에 비해 비용을 절감할 수 있나요?
A: 현재 프린트 임플란트는 일반 임플란트에 비해 가격 프리미엄이 붙지만, 임상적 성능 이점을 고려하면 가치 기반 가격 책정이 가능합니다. 더 많이 채택되면 제조 규모의 경제를 통해 비용 효율성이 향상될 수 있습니다.