“简化”植入体工艺,手到擒来

发布时间:2019-10-24

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脊柱植入体

雷尼绍联手两大创新技术公司力对于制造质量轻巧、接近人体骨骼机械特性的脊柱植入体,金属增材制造 (AM) 技术手到擒来。

在该项目中,爱尔兰的一家制造工艺研究组织 — IrishManufacturing Research (IMR) 公司 — 设计并制造了一系列具有代表性的脊柱植入体。IMR公司首先使用nTopology公司的软件设计植入体,然后在雷尼绍RenAM 500M金属增材制造系统上制造该植入体。

解决方案

网状结构可以增加植入体的表面面积,促进成骨细胞迁移到植入体中,并且能够优化多孔体的机械特性以满足所需的负载条件。但是传统的生产工艺无法制造具有网状结构的脊柱植入体。

雷尼绍、IMR公司、nTopology公司三方精诚合作,采用增材制造技术制造具有网状结构的颈椎植入体。该项目制造的植入体称为颈椎前路椎间盘器械 (ACID)。

首先,IMR公司提出了一个设计项目,研究如何利用增材制造技术帮助改善患者结局。然后,使用nTopology公司提供的设计软件为脊柱植入体设计复杂的网状结构。最后,使用雷尼绍RenAM 500M增材制造系统制造植入体。

IMR公司通过广泛研究确定了特定病例最适合的植入体尺寸以及在日常生活中,甚至奔跑或跳跃等剧烈运动时,植入体必须承受的负载条件。此外还采集了需要接受脊柱植入体的患者的已知骨质特性。之后,三家公司联手设计了植入体的机械特性,也就是网状结构各个单元格的几何特征的函数,以尽可能接近人体骨骼的机械特性,优化多孔网状结构,从而改善骨整合。

植入体的设计参数确定之后,IMR公司使用nTop Platform软件生成了设计文件。然后,nTopology公司与雷尼绍紧密合作,实现软件与硬件互相兼容,从而将设计文件从nTop Platform上无缝传输到雷尼绍RenAM 500M上。

最后,IMR公司在RenAM 500M上利用Ti 6Al-4V ELI钛合金(等级23)制造出植入体原型。

随后,IMR公司通过一系列测试证明了该植入体满足美国食品及药物管理局(FDA) 规定的标准规格中的所有关键要求。

IMR公司的高级研究工程师Sean McConnell解释道:“为了进行概念验证测试,我们在RenAM 500M的加工托盘上制造了一批参照品,并对这些参照品进行了破坏性测试,以确定植入体的化学、冶金和机械特性。”

IMR公司的高级研究工程师Sean McConnell解释道:“为了进行概念验证测试,我们在RenAM 500M的加工托盘上制造了一批参照品,并对这些参照品进行了破坏性测试,以确定植入体的化学、冶金和机械特性。”

结果

概念验证测试的结果表明:传统制造工艺无法制造的脊柱植入体特性可以利用增材制造技术实现。植入体原型和成品植入体均在RenAM 500M上制成,无需在不同的机器之间传输加工程序。简化的制程可帮助医疗产品制造商大幅节省成本和时间。

除了证明增材制造技术在制造脊柱植入体方面极具优势外,该研究还表明:如果在早期阶段将增材制造设计 (DfAM) 纳入考量,则可以减少支撑的使用,从而减少精加工操作。

nTopology的业务开发与合作关系总监Duann Scottt解释道:“通过此脊柱植入体项目,我们加深了对医疗产品生产和增材制造机器能力的了解,从而开发出我们的设计软件,为推广先进制造技术在医疗产品行业的应用添砖加瓦。”

▲他补充道:“为了实现这款软件与RenAM 500M互相兼容,我们进行了大量测试,解决了不计其数的问题。而且,在雷尼绍工程师的大力帮助下,整个过程得以顺利且高效地完成。这样的项目一般需要耗时多年,但是nTopology公司、雷尼绍、IMR公司三方精诚合作,在短短几个月内就顺利完成了这个项目。

Scott总结:“我们将继续与雷尼绍紧密合作,为行业提供增材制造技术。我们的目标是推动行业展开更广泛的先进制造合作。”


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