3D-печать в медицине: применение, топ 3D-принтеров

Стоматология является одной из первых медицинских отраслей, внедривших 3D-печать. Стоматологические лаборатории изготавливают мосты, выравниватели, коронки, ортодонтические аппараты и другие приспособления, созданные специально под каждого пациента.

С развитием 3D-печати производство сложных медицинских изделий стало гораздо более экономичным. 3D-печать не требует изготовления форм или специальных инструментов, которые обычно необходимы для традиционных методов производства. Многочисленные итерации при проектировании не приводят к увеличению затрат или снижению производительности. 

Технология 3D-печати обеспечивает новый подход к проведению сложных ортопедических операций на позвоночнике, таких как имплантация задних винтов шейных позвонков и верхних грудных позвонков, при деформации сколиоза после ортопедической операции и хроническом торако-люмбальном переломе. Протезы имплантируются в человеческое тело, чтобы заменить поврежденные части. Для каждого пациента необходимо подобрать наиболее подходящее изделие, соответствующее его физическому состоянию. 3D-печать не только снижает сложность и риск операции, но и сокращает ее продолжительность. 

3D-печать также используют в предоперационном планировании. Создается полностью смоделированная копия пораженной части перед вмешательством, чтобы заранее ознакомиться со всеми особенностями предстоящей процедуры. 

Применение аддитивных технологий в медицине означает, что даже при производстве каждого изделия по отдельности не потребуются дополнительные затраты, а время изготовления будет таким же, как и при серийном производстве.

Давайте рассмотрим технологии 3D-печати, которые применяются в медицинской отрасли.

Моделирование методом послойного наплавления (FDM)

FDM – наиболее широко используемая форма 3D-печати на потребительском уровне, Однако промышленные FDM-принтеры также популярны среди профессионалов. Большая часть филаментов стоит недорого, по сравнению с другими технологиями. Также, FDM требует меньше дополнительного оборудования для последующей обработки готовых изделий.

Недостатками FDM-печати является самое низкое разрешение и точность, нежели в SLA или SLS. Высококачественная отделка требует трудоемких и длительных процессов химической и механической полировки. 

Некоторые материалы для FDM являются биосовместимыми, а соответственно, более сложными в работе и дорогостоящими. Например, PEEK и его композиты одобрены FDA и соответствуют стандарту ISO10993-10:1995. Материал биологически инертен, не вызывает аллергии и не обладает генотоксичностью. Благодаря этим свойствам PEEK широко применяется в биомедицине, включая создание имплантатов искусственных костей. Больше про материал вы можете узнать из нашего руководства по PEEK для 3D-печати. 

Также можно выделить ULTEM(PEI), который используется для изготовления хирургических инструментов, корпусов медицинских приборов, ортопедических имплантатов, стоматологических инструментов и оборудования, требующего высокотемпературной стерилизации. Более подробно про пластик рассказали в материале «Все, что вы хотели знать про ULTEM (PEI)».

Теперь же перейдем к персональным и промышленным 3D-принтерам.

Picaso Designer XL S2

Поддержка широкого спектра материалов и возможность печати крупногабаритных деталей делают Picaso Designer XL S2 идеальным выбором для многих отраслей. Модель активно используется в медицинской промышленности для создания фиксаторов при переломах и ушибах. 

Такие фиксаторы обладают рядом преимуществ перед традиционными гипсовыми формами. Они легкие и удобные, структура изделия пропускает воздух и дает больше свободы. А использование пластика как материала позволяет мочить фиксаторы, что упрощает уход. 

Вместе с Picaso Designer XL S2 вы получаете всё необходимое для комфортной и эффективной работы: дополнительный нагревательный блок для низкотемпературной печати с PTFE-вставкой, запасной стол для платформы печати из стекла, адгезивный клей, термозащитные перчатки и термопаста для безопасной замены хотэнда, набор инструментов (игла для прочистки сопла, кусачки и др.).

Технические характеристики: 

Область печати: 360 × 360 × 610 мм;

Подогрев камеры: до 90 °C;

Нагрев стола: максимальная температура 150 °C;

Нагрев экструдера: до 430 °C;

Тепловой контур корпуса: дополнительная теплоизоляция для поддержания оптимальных условий внутри камеры;

Широкий спектр материалов: инженерные пластики (ABS, ASA, Nylon, PC, PETG, PP, PPS), гибкие материалы (TPU, TPE, Rubber), композиты (Wood (древесный), Metal (металлический)), специализированные материалы (PVA (водорастворимая поддержка), PMMA, HIPS).

Anycubic Kobra S1

Anycubic Kobra S1 отличается производительностью, дизайном и удобством использования и подойдет как новичкам, так и опытным энтузиастам 3D-печати. Принтер удобен в использовании, универсален и способен производить высококачественные детали. Хотя ни один FDM-принтер не является идеальным, Kobra S1 имеет много преимуществ, особенно по своей цене. Простой и надежный, один из принтеров, которые «работают из коробки». 

В медицинской отрасли устройство отлично подходит для печати реалистичных и точных макетов для обучения, наглядного пособия в хирургии и других вспомогательных и обучающих приспособлений. Закрытая конструкция обеспечивает безопасность, поэтому может быть использована в учебных и медицинских учреждениях. 

Технические характеристики: 

Область печати: 250 × 250 × 250 мм;

Скорость печати: до 600 мм/с;

Нагрев стола: максимальная температура 120 °C;

Нагрев экструдера: до 320 °C;

Материалы: PLA, PETG, TPU, ABS, ASA.

VolgoBot Pro серия

Российский производитель VolgoBot предлагает линейку профессиональных 3D-принтеров A2 PRO, A3 PRO и A4 PRO, которые специально разработаны для работы с высокотемпературными материалами. Эти материалы обладают высокой прочностью, термостойкостью и биологической инертностью, что делает их идеальными для медицинских применений. Серия PRO открывает новые возможности для промышленного и медицинского применения. Способность работать с высокотемпературными материалами делает устройства незаменимыми для создания прочных, точных и биосовместимых изделий.

VolgoBot PRO успешно печатает ULTEM и PEEK и активно используются в медицине для создания индивидуальных имплантатов и протезов, хирургических инструментов и шаблонов, а также биомоделей для планирования операций и других приспособлений.

Система прямого отжига позволяет одновременно достичь максимальной детализации при печати и максимальной спекаемости слоев. Температура в камере близка к температуре стеклования полимера, что обеспечивает стабильность печати и предотвращает деформацию деталей.

Технические характеристики для всех моделей:

Максимальная температура камеры построения: 250 °C

Температура стола: до 200 °C

Температура экструдера: до 275 °C (стандартный) или 500 °C (опциональный)

Области построения:

A2 PRO: 600 × 420 × 500 мм – идеален для крупногабаритных изделий.

A3 PRO: 420 × 300 × 300 мм – подходит для средних проектов и мелкосерийного производства.

A4 PRO: 300 × 210 × 210 мм или 300 × 250 × 210 мм (в зависимости от конфигурации) – компактный вариант для небольших учебных учреждений и лабораторий.

F2 Kubo

Высокотемпературный F2 Kubo сочетает в себе мощность и универсальность. Принтер оснащен двумя экструдерами, быстросменной нагреваемой платформой печати из нержавеющей стали и имеет функцию автокалибровки. Камера имеет принудительную конвекцию, что позволяет печатать детали высокотемпературными материалами во весь объем камеры.

Размеры области построения допускают печатать как среднегабаритных деталей, так и несколько объектов одновременно. Закрытая конструкция и система подогрева обеспечивают стабильные условия для работы с высокотемпературными полимерами. 

F2 Kubo активно применяется в различных отраслях, включая медицину. Его способность работать с биосовместимыми материалами открывает широкие возможности для производства индивидуальных имплантатов, хирургических инструментов и биомоделей для планирования операций. Например, ULTEM и PEEK, благодаря своей термостойкости, прочности и биологической инертности идеально подходят для создания стерильных и долговечных медицинских изделий.

Технические характеристики: 

Область печати: 300 × 300 × 350 мм;

Нагрев стола: максимальная температура 200°C;

Нагрев экструдера: до 550°C;

Нагрев камеры: 200°C;

Материалы: ABS+CF, F2 PA (Nylon)+CF, F2 PEEK+CF, F2 PEEK+GF, PEKK+CF, PA (Nylon)+GF, PETG+GF, ABS+GF, TPU, PA (Nylon), PC, ASA, PETG, PMMA, PP, PEI (ULTEM), F2 PEEK, PEKK, PSU

Objectronics Vision F300

Установка промышленного класса Vision F300 разработана российским производителем 3D-оборудования Objectronics. Продуманные инженерные решения обеспечивают стабильность и качество печати. Принтер оснащен кинематикой повышенной надежности и износостойкости, что обеспечивает стабильность работы даже при интенсивной эксплуатации. Система круговой конвекции в сочетании с улучшенной теплоизоляцией поддерживает стабильную температуру в камере. 

Такие характеристики критически важны при работе с биосовместимыми высокотемпературными материалами, как ULTEM (PEI) и PEEK. Более того, это открывает новые возможности для медицинских применений. Так, установка способна производить стерильные медицинские инструменты, индивидуальные хирургические шаблоны, прототипы медицинского оборудования, а также кастомные корпуса для аппаратуры.

Технические характеристики: 

Область печати: 300 × 300 × 300 мм;

Нагрев экструдеров: до 500°C;

Нагрев камеры: до 250°C;

Материалы: ABS, POM, Nylon, PEEK, ULTEM 9085

Лазерная стереолитография (SLA)

В SLA-принтерах используется лазер для преобразования жидкой смолы в затвердевший полимер в процессе фотополимеризации. Технологии, основанные на этом принципе, самые популярные среди медицинских работников благодаря высокой детализации, точности и универсальности материалов.

Формулы смол для SLA предлагают широкий спектр оптических, механических и термических свойств, которые соответствуют свойствам стандартных, инженерных и промышленных термопластов. Технология стереолитографии предлагает самый широкий выбор биосовместимых материалов для стоматологических и медицинских применений, таких как хирургические инструменты и приборы, требующие контакта с кожей или слизистой оболочкой.

3D-принтер Eplus3D EP-A650

EP-A650 способен обеспечивать жесткие допуски и гладкие поверхности, что делает его незаменимым инструментом для задач, где важны точность и качество. Промышленная установка позволяет создавать сложные геометрические формы с минимальными отклонениями, что является необходимостью для медицинских и инженерных задач. 

Одной из ключевых особенностей EP-A650 является запатентованная технология Variobeam, которая позволяет динамически изменять диаметр лазерного пучка от 80 до 800 мкм. Это обеспечивает высокую детализацию на внешних поверхностях и критически важных элементах, а также ускоряет печать за счет увеличения диаметра пучка на внутренних заполняющих структурах. Технология Variobeam в сочетании с лазером OptoWave и сканатором ScanLab делает EP-A650 одним из самых точных и производительных SLA-принтеров на рынке.

Установка EP-A650 активно используется в медицинской отрасли для создания анатомических моделей, которые помогают в планировании операций, стоматологии и обучении. Он также применяется для производства прототипов хирургических инструментов, имплантатов, элайнеров индивидуальных шаблонов и оснастки для медицинских процедур.

Технические характеристики: 

Область печати: 650 × 600 × 400 мм;

Скорость сканирования: 15 м /с (макс), 6-10 м/с (стандартная);

Точность: ± 0.02;

Материалы: Фотополимерная смола (ABS-подобная, стеклонаполненная, керамонаполненная, выжигаемая).

Фотополимеризация с помощью ЖК-экрана (LCD)

LCD-технология, как и SLA, использует фотополимерные смолы для создания объектов. Однако ключевое отличие заключается в источнике света: в LCD вместо лазера применяется жидкокристаллический дисплей, который равномерно воздействует на поверхность резервуара со смолой.

Технология LCD также создает детали с высокой точностью. Одним из преимуществ этого метода является менее крупный резервуар для смолы. Таким образом, замена одного материала на другой не требует большого количества времени и трудозатрат оператора 3D-принтера. Такой фактор снижает стоимость и обеспечивает экономию дорогостоящего материала.  

Высокая точность и возможность работы с биосовместимыми материалами делают LCD-печать незаменимой для медицинских и стоматологических задач. Так, технология активно используется для создания:

• Медицинских моделей, которые помогают врачам планировать операции и изучать анатомию пациента.

• Индивидуальных имплантатов, которые точно соответствуют анатомическим особенностям пациента.

• Стоматологических изделий, таких как хирургические шаблоны, временные коронки и мосты.

Anycubic Photon Mono M7 Pro

Photon Mono M7 Pro сочетает в себе передовые технологии, достигая высокой точности, скорости и качества печати. В основе принтера лежит система освещения Light Turbo 3.0, работающая в сочетании с экраном высокого разрешения 14K. Разрешение экрана составляет 13312 × 5120 пикселей, а разрешение по осям XY 16,8 × 24,8 мкм. Это позволяет создавать детализированные и сложные структуры с минимальными отклонениями и отличным качеством поверхности.

Для еще большего повышения скорости и качества печати в Photon Mono M7 Pro используется сверхскоростная пленка ACF третьего поколения, которая отличается низким уровнем отслаивания. Это решение обеспечивает стабильную печать даже при увеличенной скорости подъема платформы и делает процесс более эффективным без ущерба для качества.

Одной из ключевых особенностей принтера является оптическое решение, включающее источник света COB с отражателями, направленными вперед. Это обеспечивает равномерную интенсивность света в пределах угла ≤ 3°, предотвращая рассеяние света и повышая точность печати. Благодаря алгоритму Photon Mono M7 Pro достигает однородности освещения ≥ 90% и точности в пределах ± 0,01–0,05 мм.

Photon Mono M7 Pro также оснащен функцией автоматической подачи и откачки смолы во время печати, что значительно упрощает процесс и снижает вмешательство оператора. Кроме того, принтер имеет автоматический температурный датчик, который позволяет контролировать нагрев материала, обеспечивая стабильные условия для работы с различными типами фотополимерных смол.

Технические характеристики:

Скорость печати при высоте слоя 0,1 мм: Стандартная смола: 130 мм/ч, Высокоскоростная смола: 170 мм/ч

Камера построения: 223 × 126 × 230 мм

Источник света: COB

ЖК-дисплей: 14K

Anycubic Photon Mono M7 Max

Photon Mono M7 Max – мощная и универсальная новинка от производителя, задающая новые стандарты в фотополимерной печати. 

В основе Photon Mono M7 Max также лежит источник света COB, дополненный высокоточной оптической линзой Френеля и прямым отражателем. Монохромный LCD-дисплей с диагональю 13,6 дюймов и разрешением 7K (6480 × 3600 пикселей) достигает разрешения в 46 микрон по осям X и Y. Тем самым делая Photon Mono M7 Max идеальным для создания детализированных моделей с тонкой текстурой и высокой точностью.

Intelligent Release 2.0 повышает коэффициент успешности печати, минимизируя риск ошибок и дефектов. Система использует запатентованные алгоритмы и механические датчики для динамической регулировки высоты подъема каждого слоя. В то время как функция сглаживания и высокоточные винты позиционирования минимизируют линии слоя, обеспечивая гладкую поверхность и высокий уровень детализации.

Интересной особенностью принтера является возможность подвешивания платформы под углом после завершения печати. Это позволяет остаткам смолы стекать с готовых изделий обратно в ванну, что упрощает процесс очистки и экономит материал.

Кроме того, Photon Mono M7 Max оснащен функцией подогрева смолы. Для обеспечения равномерного прогрева принтер опускает стол в ванну и поднимает его обратно, что делает процесс более эффективным по сравнению с предыдущей моделью M7 Pro, где смола перемещается по замкнутому контуру.

Технические характеристики:

Скорость печати: 31 мм/ч (толщина слоя 0.05 мм), 60 мм/ч (толщина слоя 0.1 мм), до 86 мм/ч (толщина слоя 0,1 мм) высокоскоростной смолой

Камера построения: 298 × 164 × 300 мм

Источник света: COB

ЖК-дисплей: 7K

Shining 3D AccuFab L4K

Высокопроизводительный 3D-принтер AccuFab-L4K был разработан специально для стоматологических задач. Устройство отличается прочной конструкцией и надежными компонентами, а также универсальной совместимостью с материалами. 

Одним из отличий, которым обладают не все ЖК-принтеры, является система охлаждения DCS (District Cooling System), которая поддерживает температуру оптической системы ниже 40°C, что значительно продлевает срок службы 3D-принтера.

Принтер оснащен 4K-матрицей с разрешением 3840 × 2400 пикселей при размере пикселя 0,05 мм. Такое высокое разрешение гарантирует высокую точность печати, что особенно важно для создания сложных стоматологических моделей, таких как ортодонтические шаблоны, хирургические направляющие и индивидуальные имплантаты.

Стандартные параметры поддерживающих структур модели оптимизированы для успешной печати. Хотя снять такие поддержки сложнее, они обеспечивают стабильность и надежность даже при уменьшении их размера. Более того, по умолчанию объекты печатаются со скошенным краем поддержек, что облегчает их удаление с платформы после завершения печати.

Технические характеристики:

Скорость печати: 10~15 мм/ч

Камера построения: 192мм × 120мм × 180мм

ЖК-дисплей: 4K

Селективное лазерное спекание (SLS)

В SLS 3D-принтерах используется мощный лазер для спекания мелких частиц полимерного порошка. Во время печати неспеченный порошок поддерживает деталь, что устраняет необходимость в поддержках. Детали выходят из принтера с немного шероховатой поверхностью и требуют последующих манипуляций, например, абразивной (пескоструйной) обработки.

В зависимости от материала детали SLS могут быть также биосовместимыми и стерилизуемыми, что делает их идеальными для медицинских устройств, прототипов, хирургических направляющих, носимых вещей и ортопедических изделий. 

Более того, детали, изготовленные с помощью SLS-печати, имеют отличные механические характеристики, по прочности напоминающие результат литья под давлением. Сочетание низкой стоимости детали, высокой производительности, надежных материалов и биосовместимости делает SLS популярным выбором среди разработчиков медицинского оборудования для создания функциональных прототипов.

Eplus3D EP-S600

Eplus3D EP-S600 специально разработан для ортопедии и производства бионических протезов и обладает высокой эффективностью печати, быстрой скоростью сканирования и низкой стоимостью эксплуатации.

Размер камеры построения 420 × 380 × 600 мм позволяет печатать ортопедические изделия практически любых размеров. Среднее время печати одного ортеза составляет всего 11 часов, а одна машина способна производить 400–450 ортезов в год. Это делает принтер незаменимым инструментом для массового производства персонализированных медицинских изделий.

Eplus3D EP-S600 отличается высокой степенью повторного использования материалов и минимальным количеством отходов. Это не только снижает затраты на печать, но и делает процесс более экологичным. Процесс разбора камеры построения и обработки порошка осуществляется на специальной станции для очистки. Более того, высококачественный фильтр, установленный в принтере, обеспечивает безопасную работу.

Технические характеристики:

Температура камеры построения: до 130 °C;

Мощность лазера: CO2-лазер, 50 Вт и 120 Вт дополнительно;

Область построения: 420 × 380 × 600 мм;

Скорость печати: 1800 см3/ч;

Скорость сканирования: до 15 м /с;

Материалы: PP и его композиты.

Селективное лазерное плавление (SLM)

Технология SLM похожа на SLS, однако вместо спекания полимеров в 3D-принтере проходит процесс сплавления частиц металлического порошка. SLM-принтеры способны изготавливать легкие и высокопроизводительные медицинские устройства, имплантаты и протезы с точными размерами и оптимальной отделкой поверхности, обеспечивая идеальную совместимость и функциональность.

Eplus3D EP-M150T Dental

Специально разработанный для стоматологических задач EP-M150 – один из самых эффективных металлических 3D-принтеров. Он сочетает в себе высокий коэффициент использования материала и низкое потребление газа, что делает его идеальным решением для производства металлических коронок, мостов, брекетов и других стоматологических изделий.

EP-M150 идеально подходит для стоматологических лабораторий и клиник, где важны точность, скорость и экономичность. Его способность быстро и эффективно производить высококачественные металлические изделия открывает все новые возможности в отрасли.

Улучшенная система подачи и просеивания материала минимизирует потери и обеспечивает эффективное использование сырья. Так, всего из 1 кг порошка принтер способен напечатать 550 коронок. В то время как оптимизированная структура камеры и герметизирующие свойства позволяют EP-M150 потреблять всего 0,2 л/мин газа при давлении 0,3 ± 0,1 МПа. Такая экономичность значительно снижает эксплуатационные расходы и делает процесс печати более экологичным.

Технические характеристики:

Мощность лазера: (1/2) волоконный; 200 Вт;

Область построения: 150 × 80 мм;

Скорость печати: до 35 см³/ч;

Скорость сканирования: до 8 м/с;

Материалы: CoCr, Ti.

Eplus3D EP-M300

Установка EP-M300 является наиболее универсальной среди всех моделей, представленных производителем. Размер области построения подходит большинству предприятий, что послужило широкому спектру применений. В медицинской области EP-M300 позволяет создавать изделия с сложными внутренними структурами, которые обеспечивают лучшую производительность и функциональность. Например, встроенные пористые структуры в имплантатах способствуют остеоинтеграции – процессу, при котором кость врастает в имплантат, обеспечивая его долгосрочную стабильность и надежную фиксацию.

Использование таких материалов, как титан и кобальт-хромовые сплавы, позволяет производить имплантаты, точно имитирующие механические свойства естественных костей и суставов. Это не только повышает мобильность пациентов, но и значительно снижает риск отторжения имплантата или послеоперационных осложнений.

Кроме того, принтер идеально подходит для производства хирургических инструментов и других медицинских устройств, которые требуют высокой точности и сложной геометрии.

Принтер использует более 10 технологий, направленных на повышение безопасности. Встроенная «умная сеть» позволяет в реальном времени отслеживать параметры работы и поступление инертного газа, что обеспечивает полный контроль над процессом печати. Герметичная рабочая камера поддерживает концентрацию кислорода на уровне <100 ppm и обеспечивает стабильное давление, что критически важно для работы с реактивными металлами, такими как титан.

Технические характеристики:

Мощность лазера: Волоконный лазер 500 Вт / 700 / 1000 Вт (опционально с одним или двумя лазерами);

Область построения: 300×300×400 мм;

Скорость печати: 20-35 см³/ч (один лазер), 25-70 см³/ч (два лазера);

Скорость сканирования: до 8 м/с;

Материалы: cталь, титановые, алюминиевые, медные, жаропрочные никелевые сплавы, сплавы CoCr, и др.

Заключение

Аддитивное производство продолжает развиваться, открывая новые горизонты для медицины. Это технологии, которые не только улучшают качество жизни пациентов, но и делают медицинские услуги более доступными и персонализированными.

В статье мы рассмотрели как компактные персональные принтеры, так и крупногабаритные промышленные решения. Каждое из этих устройств демонстрирует возможности 3D-печати в медицине – от изготовления учебных материалов до производства имплантатов.

При внедрении 3D-оборудования в работу предельно важно проанализировать множество условий. 3DVision является дистрибьютором и интегратором аддитивного оборудования с большим опытом работы в этой сфере. Наша команда готова помочь вам в выборе 3D-принтера, который наилучшим образом соответствует вашим требованиям и целям, будь-то стоматология, ортопедия или хирургия. 

По вопросам покупки или для консультации связаться с нами можно любым удобным способом: 

по телефону +7 (800) 333-07-58 

отправив запрос на info@3dvision.su

заполнив форму заявки на сайте

Реклама. OOO "3Д Вижн". ИНН: 7802253640