Endüstriyel uygulamaları nelerdir? kalça eklemi aditif imalatı?
3D baskı olarak da bilinen kalça eklemi aditif imalatı, endüstrilerde üretimi devrim niteliğinde değiştiriyor. Aditifin özellikle umut vaat ettiği bir alan kalça protezleridir. Aditif imalat, kalça protezlerine özelleştirme, basitleştirilmiş lojistik ve yenilikçi geometriler dahil olmak üzere çeşitli faydalar sağlar. Sonuç olarak, aditif kalça protezleri, tıbbi teknolojide ivme kazanmaktadır.
Kalça Protezleri için Aditif İmalata Giriş
Aditif imalat, metal, plastik ve seramik gibi malzemeleri kullanarak parçaları katman katman oluşturur. Bu, kalıplara, kalıplara veya özel takımlara ihtiyaç duymadan talep üzerine üretim sağlar. Parçalar sipariş üzerine üretilebilir, lojistiği basitleştirir. Aditif ayrıca, CNC işleme gibi çıkarıcı yöntemlerle yapılamayan karmaşık geometriler sağlar.
Kalçalar için aditif, yeni olanakların kapısını açar. Kalça eklemleri zorlu mekanik gereksinimlerle karşı karşıyadır - yıllarca kullanımla döngüsel yüklere dayanmalıdırlar. Aditif olarak üretilen kalçalar, mukavemeti, esnekliği ve uzun ömürlülüğü artırmak için gelişmiş tasarımlar içerebilir. Kalçalar için popüler aditif teknikleri arasında titanyum alaşımlarının lazer toz yatağı füzyonu (LPBF) ve kobalt kromun elektron ışınlı eritilmesi (EBM) bulunur. Bu yöntemler, karmaşık gözenekli yapılar ve fonksiyonel olarak derecelendirilmiş bileşimler sağlar.
Aditif, daha iyi performans gösteren, daha uzun ömürlü kalça protezleri getiriyor. Benimsenmeyi yönlendiren bazı temel endüstriyel uygulamaları inceleyelim.
Hasta Anatomisine Göre Özelleştirilmiş İmplantlar
Aditifin en büyük faydalarından biri, özelleştirilmiş parçaları ekonomik olarak üretebilme yeteneğidir. Bu, her hastanın anatomisinin biraz farklı olması nedeniyle kalçalar için idealdir. Kişiye özel implantlar, hastanın kemik konturlarına daha iyi uyum sağlayarak kısa ve uzun vadeli fiksasyonu iyileştirir.
LPBF, hasta bazlı titanyum kalça implantları yapmak için yaygın olarak kullanılır. BT taramaları, hastanın ekleminin tam şeklini yakalar. Bu veriler, aditif sistemini titanyum tozunu bireye mükemmel bir şekilde konturlanmış bir kalçaya kaynaştırması için yönlendirir.
Özel kalçalar, ameliyat sırasında invaziv tıraşlamayı ve değişiklikleri en aza indirir. Hassas bir uyum ile, hastanın doğal kemiğinin daha fazlası korunabilir. Kişiselleştirilmiş kalçalar ayrıca, doğal eklem hizalamasını geri kazandırmada olduğu gibi, daha iyi klinik sonuçlar verme eğilimindedir.
Zimmer Biomet ve Stryker gibi büyük ortopedik cihaz üreticileri, 3D baskılı hasta bazlı kalça protezi bileşenleri sunmaya başladı. Hastanelerin gelişmiş görüntüleme ve tasarım yazılımlarını benimsemesiyle, kişiye özel implantlara olan talebin artması bekleniyor.
Fonksiyonel Olarak Derecelendirilmiş Malzemeler
Aditifin bir diğer avantajı, fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemelerden (FGM) bileşenler inşa etmesidir. FGM'ler, gözeneklilik ve alaşım bileşimi gibi özelliklerde kademeli bir değişiklik kullanır. Bu, kalçaların tek bir parçada şok emilimi, sertlik ve kemik büyümesi gibi farklı yapısal ihtiyaçları karşılamasını sağlar.
LPBF, metalleri karmaşık FGM yapılarına karıştırabilir. Bir femoral kök, sertlik için boyunda sıkıca paketlenebilir, ardından kemik arayüzünde gözenekli bir köpüğe geçiş yapabilir. Bu, yükleri dağıtmaya ve tehlikeli sertlik gradyanlarını önlemeye yardımcı olur. Kobalt kromun EBM'si, kemiği taklit eden esneklik ve mukavemete sahip FGM kalçalarını mümkün kılmıştır.
FGM kalça implantları, doğal kemiğin performansını daha iyi kopyalar. Geleneksel implantlarla ilişkili kemik atrofisi ve uyluk ağrısı gibi sorunları önlemeye yardımcı olurlar. Akahi gibi ortopedik firmalar, aditif tarafından üretilen FGM kalçalarını piyasaya sürüyor. Klinisyenler ayrıca, farklı baskılı metalleri birleştirerek yapılan katmanlı FGM yapıları ile de denemeler yapıyorlar.
Kafes Yapıları ve Topolojik Optimizasyon
Aditif, başka türlü üretilmesi imkansız olan radikal yeni tasarımların kapısını açar. Bir örnek, kemik benzeri gözenekliliğe sahip hücresel kafes yapılarıdır. Kafesler, olağanüstü bir mukavemet-ağırlık oranına sahiptir ve doğal dokunun sertliğine uyabilir.
Kalçalar için, kafes femoral kökler ve asetabular kaplar, biyolojik fiksasyon için kemik büyümesini teşvik eder. LPBF, femoral uyumluluk için ayarlanmış baskılı titanyum ve tantal köpük yapıları oluşturur. Kafesler ayrıca cerrahlara ameliyat sırasında implantları özelleştirmede ek esneklik sağlar. Kemik entegrasyon bölgelerini korurken fazla malzeme çıkarılabilir.
Topoloji optimizasyon yazılımı, kalça tasarımında daha fazla iyileşme sağlıyor. Algoritmalar, ideal mekanik özellikleri bulmak için binlerce düzeni yineliyor. Bu, hasta kuvvetlerine ve kemik yapısına göre uyarlanmış organik, biyonik şekillerle sonuçlanır. Birkaç şirket artık şok emici kafeslere sahip topoloji optimize edilmiş kalça implantları sunmaktadır.
Daha İyi Envanter Yönetimi için Yerinde İmalat
Aditif, kalçaların tedarik zinciri ve envanter yönetimi için oyunun kurallarını değiştiren avantajlar sunar. Geleneksel imalat ile, cihaz üreticileri, küresel olarak stoklanması gereken bir dizi hazır boyut üretir. Bu, önemli envanter maliyetlerine yol açar.
Aditif, hastanelerin yakınında tam zamanında, talep üzerine kalça üretimine izin verir. Yazıcılar, prosedürler planlandıkça implantları oluşturmak için yerinde kurulabilir. Cerrahlar boyutlandırmada daha fazla esneklik kazanır. Hastaneler ayrıca, kullanılmayan implant envanterini sipariş etme, gönderme ve atma yükünü azaltır.
Hasta bazlı cihazlar sunmak için hastane tabanlı 3D baskı laboratuvarlarına yönelik artan bir ilgi var. 2021'de Zimmer Biomet, küresel olarak yerinde imalat hizmetleri sağlayan Additive Orthopaedics'i satın aldı. Jabil'in Health gibi diğer tıbbi yazıcılar, hastaneler için özel olarak üretilmiştir. Yerel olarak basılan implantlar, kalça protezi ameliyatını dönüştürmeye yardımcı oluyor.
Enstrümanların ve Cerrahi Kılavuzların Aditif İmalatı
Kalça bileşenlerinin ötesinde, aditif cerrahi teslimatı iyileştirmek için uygulanmaktadır. LPBF, hastanın anatomisine uygun rasplar ve raybalar gibi kişiye özel enstrümantasyon üretebilir. Hasta bazlı kılavuzlar, tarama verilerinden tasarlanan yuvalar ve açıklıklarla naylon tozundan basılır.
Kılavuzlar, kemik kesimlerinin ve deliklerin tam olarak nerede hizalanması gerektiğini göstermek için şablon görevi görür. Bu, dijital implant planını doğru uygulama için doğrudan ameliyathaneye çevirir. Kılavuzlar, kalça protezi doğruluğunu iyileştirdiği ve OR sürelerini azalttığı gösterilmiştir.
Aditif enstrüman kitleri, cerrahlar için daha fazla prosedürel esneklik sağlar. Kılavuzlar ve benzersiz araçlar, cerrahların dar eklem boşluklarında uygun implant konumlandırmasını başarmasına yardımcı olur. 3D baskı ayrıca hastanelerin enstrümanları talep üzerine uygun maliyetli bir şekilde üretmesini sağlar. Bu faydalar, aditif takımlamayı kalça ameliyatının önemli bir parçası haline getiriyor.
Yeni Kobalt Krom Alaşımları
Çoğu kalça protezi, ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen plastik bir kapla birleştirilmiş kobalt krom veya titanyum alaşımlarından oluşur. Mühendisler, aditif ihtiyaçlara göre uyarlanmış gelişmiş yeni CoCr malzemeleri geliştiriyorlar.
Bir lider, Carpenter'ın BIOCOR kalça alaşımıdır. EBM için optimize edilmiş olan BIOCOR, yüksek yorulma mukavemetine sahip ince bir mikro yapıya sahiptir. Bu, 20+ yıllık implant ömrünü korurken ince duvarlar ve kafesler gibi tasarım iyileştirmeleri sağlar. BIOCOR güçlü klinik başarı ve FDA onayı görmüştür.
Diğer firmalar, aditif kalça üretimine yeni kompozitler getiriyor. Örneğin, niyobyum ile Zimaloy CoCr'nin optimizasyonları, geleneksel alaşımlara göre aşınma direncini iyileştirir. Aditif, diğer yöntemlerle zor olan konsantrasyonlarda bu tür uyarlanmış elementleri dahil etmeyi ekonomik hale getirir.
Eklem Hareketliliğini ve Artikülasyonları Yeniden Düşünmek
On yıllar sonrasına bakıldığında, aditif, yeni nesil kalça tasarımları için olasılıklar sunuyor. İlerlemeler, uzun vadede daha doğal, daha sağlıklı bir eklem ortamı sağlayan implantlar getirebilir.
Bir rota, kemiğe yükleri daha iyi iletmek için mikro hareketlere sahip oluklu modüler köklerdir. Uyumlu yapılar, implant ve doku arasındaki istenmeyen sert arayüzleri ayırır. Artiküle eden köpük kalça kapları ayrıca doğal kıkırdağın yağlama sıvı filmini yeniden yapılandırabilir. Daha fazla malzeme ve simülasyon geliştirmeleri, gerçek kas-iskelet fonksiyonunu taklit eden eklemleri mümkün kılabilir.
Hala kavramsal olsa da, aditif, yapay bir kalçanın neler başarabileceğini yeniden düşünmek için gereken eksik imalat yöntemidir. Eklem restorasyonunun yeni paradigmaları ufukta.
Araştırma ve Geliştirmeyi Kolaylaştırmak
Aditifin en büyük faydalarından biri, tasarımları hızla yineleme ve prototipleri talep üzerine yazdırma yeteneğidir. Bu, ortopedik araştırma ve eğitim için bir nimettir. Mühendisler düzinelerce kalça konseptini test edebilir ve cerrahlardan uygulamalı geri bildirim alabilirler.
LPBF yazıcıları, implant performansını tam olarak simüle eden metal test geometrilerini verimli bir şekilde üretir. Prototip, takımlamaya yatırım yapmadan önce kadavralarda veya köpük kemik modellerinde denenebilir. Akademik laboratuvarlar için aditif, düşük maliyetli keşif araştırmalarının kilidini açar.
Katkı maddesinin çevikliği kalça implantı alanındaki gelişmeleri hızlandırıyor. CAD ve CNC arasında hareket etmek için aylar süren bir süreç, tek bir yazıcı kullanılarak günler içinde gerçekleşebilir. Kalça ameliyatında 3B baskılı yenilikleri yönlendirmek için üniversiteler ve cihaz üreticileri arasındaki artan bağlantılara bakın.
Kalça İmplantları için Katkı Üretim Zorlukları
Umut vaat etmesine rağmen, katkı maddesi, kalça ameliyatında en iyi şekilde benimsenmesi için teknik engellerle karşı karşıyadır:
- $arttırılmış-hassasiyet$ – Katkı maddesinin ortopedik cihaz standartlarını karşılaması için boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi iyileştirilmelidir. Daha sıkı proses kontrolleri ve sonradan işleme bazen gereklidir.
- $malzeme-geliştirme$ – Daha fazla doğrulanmış, kalça spesifik alaşımlar tanıtılmalıdır. Bunlar, katkı yöntemleri için özel bileşimlere ve özelliklere ihtiyaç duyar.
- $düzenleyici-uygunluk$ – Katkı maddesiyle üretilen implantlar, düzenleyici onay ve benimseme güveni kazanmak için titiz test verileri ve klinik çalışmalara ihtiyaç duyar.
- $tasarım-uzmanlığı$ – Katkı maddesi faydalarını en üst düzeye çıkarmak, AM için tasarım konusunda deneyime bağlıdır. Ortopedik şirketlerin bünyesinde katkı proses mühendislerine ve analistlere ihtiyacı olacaktır.
Kalçalar için Katkı Üretiminin Geleceği
Katkı üretimi, kalça protezi ameliyatında istikrarlı bir şekilde önemli bir rol oynamaktadır. Teknik iyileştirmeler devam ettikçe, tüm işaretler artan benimsemeye işaret ediyor. Tekrarlanabilirlik, kalite ve malzemelerdeki iyileştirmeler, katkı maddesinin implant tasarımı, envanter ve teslimatını tamamen bozmasını sağlayacaktır.
Gelecekte, çoğu kalça bileşeni kişiselleştirilecek ve sipariş üzerine 3B olarak basılacaktır. Hastaneler yaygın olarak kurum içi implant üretim laboratuvarları kuracak, hatta mobil baskı sistemlerinden yararlanacaklar. Katkı maddesi, kalçalardan diğer eklem protezlerine ve omurga implantlarına kadar genişleyecektir. Metal 3B yazıcılar büyüdükçe ve hızlandıkça verim artacaktır.
Genel olarak, katkı maddesi daha yüksek performanslı, daha uzun ömürlü ve daha erişilebilir kalça protezleri için muazzam bir potansiyel sunmaktadır. 3B baskı, doğal, ağrısız eklem fonksiyonunu geri kazandırmak için bir sonraki inovasyon dalgasını getiriyor. Gelecek, kalça artriti ve bozulmasından muzdarip dünya çapındaki milyonlarca insan için daha parlak görünüyor.
SSS
3B baskı kalça implantlarının başlıca faydaları nelerdir?
Kalça implantları için katkı üretiminin temel faydaları şunlardır:
- Hasta anatomisine ve kemik konturlarına uyacak şekilde özelleştirme
- Karmaşık kafes yapıları ve topolojiler oluşturabilme yeteneği
- Hastanelerde talep üzerine, merkezi olmayan üretim
- İmplant boyutlarının aşırı stoklanması olmadan geliştirilmiş envanter yönetimi
- Gelişmiş yeni alaşımlar ve malzeme bileşimleri
- Hızlı prototipleme yoluyla daha hızlı tasarım yinelemesi
Katmanlı olarak üretilen kalça implantları ne kadar doğrudur?
Basılı metal kalça implantlarının boyutsal doğruluğu artık geleneksel üretime eşdeğerdir. CNC işleme gibi son işlemler, toleransı ve yüzeyi daha da iyileştirir. Mevcut yazıcı çözünürlükleri 30-50 mikron olup, ortopedik standartları karşılayan implantların üretilmesini sağlar.
3D baskılı kalça implantları FDA onaylı mı?
Birkaç katmanlı olarak üretilmiş kalça protezi bileşeni, FDA 510(k) onayı almıştır. Önemli örnekler arasında Zimmer Biomet'in kişiselleştirilmiş Tritanium kalçaları, Stryker'ın Tritanium C kalça sistemi ve Adler Ortho'nun Jazz implantları yer almaktadır. Katmanlı üretim kalitesi ve verileri iyileşmeye devam ettikçe daha fazla onay beklenmektedir.
Sigorta, özelleştirilmiş 3D baskılı kalçaları karşılıyor mu?
Birçok sigorta sağlayıcısı, metal 3D baskı ile üretilen hastaya özel kalçaları karşılamaktadır. Bunlar hala özel bir implant olarak kabul edilir, bu nedenle daha yüksek kesintili planlar daha fazla cebinden ödeme gerektirebilir. Benimsenme arttıkça, geleneksel "hazır" kalça bileşenleri gibi kapsamın da rutin hale gelmesi beklenmektedir.
Hibrit metal/polimer 3D baskılı kalça yapabilir misiniz?
Evet, önde gelen ortopedik şirketler, metal-plastik kalça implantları yapmak için hibrit katmanlı üretim süreçleri geliştirmektedir. Femoral kök için doğrudan metal baskı, basılı bir plastik kap astarının enjeksiyon kalıplamasıyla birleşir. Bu, kök tarafında kemik entegrasyonu sağlar. Hibrit üretim, geleneksel kalça yapım yöntemlerini bozmayı amaçlamaktadır.
3D baskılı bir kalça protezi ne kadar tutar?
Toplam 3D baskılı bir kalça protezinin mevcut fiyatı, Amerika Birleşik Devletleri'nde ortalama 5000-7500 ABD dolarıdır. Bu, geleneksel bir implanttan -20 daha yüksektir. Ancak, daha hızlı ameliyat, daha az alet ve israf edilen envanterin olmaması gibi faydalar, primi dengelemeye yardımcı olur. Benimsenme ölçeklendikçe, basılı implant fiyatlandırmasının geleneksel yöntemlerle eşitliğe ulaşması öngörülmektedir.
