SLM 3D-принтеры в медицине

Спекание порошка происходит в инертной среде - рабочая камера SLM-принтеров заполнена инертным газом, это позволяет исключить контакт металлического порошка с воздухом и предотвратить окисление. В результате изделие имеет прочную однородную структуру.

Принцип работы SLM-принтера:

1. подготовка к печати:
   • компоновка камеры (правильное расположение 3D-моделей);
   • установка поддерживающих структур;
   • настройка слоев и формирование команд для принтера;
2. печать:
   • отвод кислорода из камеры и подача инертного газа;
   • подача слоя порошка на платформу построения, его разравнивание ракелем;
   • расплавление лазером площади порошка согласно управляющей программе;
   • платформа опускается на высоту слоя;
   • цикл повторяется до готовности детали;
3. пост-обработка:
   • ожидание остывания камеры печати перед извлечением;
   • очищение от остатков порошка,
   • снятие внутренних напряжений деталей (в муфельной печи);
   • удаление поддержек.
   • галтовка, шлифовка, полировка

Возможности и преимущества

Если деталь требуется в единичном экземпляре (или небольшой серии), то 3D-печать по технологии SLM является одним из предпочтительных способов изготовления по причине значительно более коротких сроков изготовления и низкой стоимости по сравнению с традиционными технологиями изготовления. Также технология открывает возможности изготовления деталей со сложной геометрией, имеющих полости и топологические оптимизации. Ранее подобные структуры возможно было изготовить только из составных частей с последующей сборкой , что чаще всего является более сложным, долгим и дорогостоящим процессом, чем 3D-печать готового изделия по технологии SLM.

Можно отметить следующие преимущества 3D-принтеров SLM:

• Возможность оптимизации конструкции.
• Обеспечение кастомизации изделий для медицинских целей (каждое изделие уникально).
• Большой диапазон применений в медицине.

Области применения в медицине

SLM 3D-принтеры по металлу востребованы для печати биосовместимых деталей из металла - оборудование задействуют при построении эндопротезов для имплантации, хирургических шаблонов, а также прототипов.

Хирургия

Когда необходимо подобрать точное положение оборудования перед началом операции на вертлужной впадине, используют стационарную направляющую пластину, что позволяет провести предварительный анализ и тренировку перед операцией (данный подготовительный этап, например, позволяет точно определить, под каким углом будут входить направляющие для фиксации креплений).

Стоматология

Основными сложностями при классическом изготовлении изделий из кобальт-хрома для стоматологии являются термические поводки при литье и сложность многостадийного процесса.

3D печать кобальт-хромом позволяет получать более точные и качественные изделия прямо на первой стадии производства. 3D печать кобальт-хромовыми сплавами позволяет организовать полностью цифровое производство коронок и мостов.

Вы можете получать готовое изделие, в случае каркаса, или изделие под покрытие прямо из цифровой модели. Напечатанному изделию не требуется дополнительная подгонка по слепку, его можно сразу устанавливать пациенту с минимальной подгонкой при установке.

Таким образом производство стоматологических изделий с применением 3D печати кобальт-хромовыми сплавами может сократить время изготовления до 1 дня или менее при наличии 3D принтера по металлу по месту лечения.

3D-принтеры с небольшой областью построения до 100х100х100 мм отлично подходят для создания каркасов и балочных конструкций из титана и хром- кобальтового сплава посредством селективного лазерного спекания металлического порошка.

Технология лазерной печати на 3D принтере методом SLM имеет ряд особенностей:

1. Высокая точность посадки не требующее припасовки, идеально-плотное прилегание конструкции.
2. Равномерный цементный зазор.
3. Возможность снятия внутреннего напряжения с металла.
4. Сокращение времени изготовления будущего протеза в 5-7 раз в сравнении с фрезерным станком.
5. Себестоимость готового каркаса до 10 раз дешевле кад кам
6. Применяется чистый порошок CoCr без примесей.
7. Удобное простое управление с встроенным компьютером.

Окупаемость технологии, при 60% загрузке составит менее 10 месяцев.

Применения в стоматологии:

• дуговые конструкции с винтовой фиксацией
• цельно-дуговые конструкции с винтовой фиксацией
• каркасы
• культевые вкладки
• ответные части балок условно съемных протезов
• абатменты
• бюгельные системы

3D печать 72 ед из COCR методом лазерного спекания на 3DLAM

Каркас 14 ед из COCR методом лазеорного спекания на 3DLAM

Шлифовка каркаса 14 ед COCR

Облицовка каркаса 14 ед COCR

Готовые конструкции ИЗ COCR с облицовкой

Экономический анализ работы 3D принтера по металлу (на момент написания статьи - январь 2022) :

1. Стоимость порошка ( 25-40 микрон) составляет 18000 рублей. Себестоимость (прямая) изготовления 1 каркаса (2гр изделие + 1 грамм поддержки) = 3*18=54 рубля.
2. Накладные расходы на производство работы( аргон, электричество и тд) 16 руб\ед
3. Время изготовления 60 ед – 2 часа. Количество загрузок в день- 4. Количество изготовленных единиц в день – 240.
4. При заполнении на 60% одной машины ЛСП ( 240*22*0,6) общее количество единиц составит 3168 ( с учетом брака и переделок).
5. При стоимости лазерного спекания на рынке от 300 рублей, валовая прибыль составит 728 000 рублей.
6. Окупаемость технологии, при 60% загрузке составит менее 10 месяцев.

Пример изготовления 86 единиц из CO-CR за 5 ч 20 мин

Себестоимость 1 ед - 30-40 руб

Чистка 1 колпачка длится около 20 сек

Колпак после полировки, печать на 50 мкм

Колпак после полировки, печать на 50 мкм

Нанесение керамики

Колпак после полировки, печать на 50 мкм

3DLAM MINI - инновационная система 3D-печати металлами - современный высокотехнологичный 3D-принтер по металлу, производство в РФ.

Доступные материалы: кобальт-хром, титан, алюминий, нержавеющая сталь, жаропрочные сплавы и др.

Установка эффективно применяется как в авиастроении, так и медицине, благодаря высокому качеству печати, исключительной надежности и долговечности.

Характеристики 3DLAM MINI:

• Область построения ø90х100 мм.
• Лазерная система IPG Photonics 300Вт с гарантией 3 года.
• Питание 220В/12A
• Рециркулирующий инертный газ – Аргон
• Габариты (ШхДхВ): 865х780х1850 мм.

Комплектность 3D принтера 3DLAM MINI по металл:

• Аппарат лазерного спекания.
• Программное обеспечение
• Дополнительно:
• Печь для снятия напряжения протяженных конструкций.
• 5 столиков для спекания изделий.
• Баллон для аргона.
• Пуско-наладочные работы оборудования.
• Обучение персонала работе с оборудованием.
• Программное обеспечение с доп функциями на все виды работ для стоматологии

Основные сплавы, применяемые для 3D печати металлом:

• Нержавеющие стали
• Жаропрочные стали
• Титан
• Кобальт-хромовые сплавы
• Алюминиевые сплавы

Особенности 3DLAM MINI

Сенсорный интерфейс управления

Интуитивно понятное управление даже для неопытных пользователей

Волоконный лазер IPG Photonics мощностью 300 Вт

обеспечивает высокую эффективность и стабильный процесс спекания материала.

Абсолютные энкодеры

что позволяет оператору остановить рабочий процесс с возможностью продолжения печати с места остановки.

Прецизионные шлифованные шарико-винтовые передачи класса точности C5, что обеспечивает равномерную высоту слоя – очень важно для достижения точности общего размера детали. Обычно высота слоя составляет от 20 до 90 мкм, в большинстве случаев это - 50 мкм. Контроль равномерности слоя очень важен во время всего процесса печати, так как напрямую влияет на процесс выращивания изделия.

Класс точности C5 - это промышленный стандарт шарико-винтовых передач, которые представляют собой прецизионные шлифовальные винты, широко используемые в промышленных металлообрабатывающих центрах. Опционально возможна установка шарико-винтовых передач класса точности C3 – для обеспечения еще более прецизионного контроля.

3DVISION является официальным дилером нескольких производителей 3D-принтеров по металлу. При наличии регулярного объема деталей к печати, закупка собственного принтера по металлу может являться более рациональным решением, чем заказ услуг по SLM-печати.

Если задачи Вашего производства требуют более детальной проработки, отправьте нам запрос, и специалисты 3DVISION свяжутся с Вами для обсуждения проекта с учетом специализации Вашей компании и поставленных задач.