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“簡化”植入體工藝,手到擒來

發布時間:2019-10-24

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脊柱植入體

雷尼紹聯手兩大創新技術公司力對于制造質量輕巧、接近人體骨骼機械特性的脊柱植入體,金屬增材制造 (AM) 技術手到擒來。

在該項目中,愛爾蘭的一家制造工藝研究組織 — IrishManufacturing Research (IMR) 公司 — 設計并制造了一系列具有代表性的脊柱植入體。IMR公司首先使用nTopology公司的軟件設計植入體,然后在雷尼紹RenAM 500M金屬增材制造系統上制造該植入體。

解決方案

網狀結構可以增加植入體的表面面積,促進成骨細胞遷移到植入體中,并且能夠優化多孔體的機械特性以滿足所需的負載條件。但是傳統的生產工藝無法制造具有網狀結構的脊柱植入體。

雷尼紹、IMR公司、nTopology公司三方精誠合作,采用增材制造技術制造具有網狀結構的頸椎植入體。該項目制造的植入體稱為頸椎前路椎間盤器械 (ACID)。

首先,IMR公司提出了一個設計項目,研究如何利用增材制造技術幫助改善患者結局。然后,使用nTopology公司提供的設計軟件為脊柱植入體設計復雜的網狀結構。最后,使用雷尼紹RenAM 500M增材制造系統制造植入體。

IMR公司通過廣泛研究確定了特定病例最適合的植入體尺寸以及在日常生活中,甚至奔跑或跳躍等劇烈運動時,植入體必須承受的負載條件。此外還采集了需要接受脊柱植入體的患者的已知骨質特性。之后,三家公司聯手設計了植入體的機械特性,也就是網狀結構各個單元格的幾何特征的函數,以盡可能接近人體骨骼的機械特性,優化多孔網狀結構,從而改善骨整合。

植入體的設計參數確定之后,IMR公司使用nTop Platform軟件生成了設計文件。然后,nTopology公司與雷尼紹緊密合作,實現軟件與硬件互相兼容,從而將設計文件從nTop Platform上無縫傳輸到雷尼紹RenAM 500M上。

最后,IMR公司在RenAM 500M上利用Ti 6Al-4V ELI鈦合金(等級23)制造出植入體原型。

隨后,IMR公司通過一系列測試證明了該植入體滿足美國食品及藥物管理局(FDA) 規定的標準規格中的所有關鍵要求。

IMR公司的高級研究工程師Sean McConnell解釋道:“為了進行概念驗證測試,我們在RenAM 500M的加工托盤上制造了一批參照品,并對這些參照品進行了破壞性測試,以確定植入體的化學、冶金和機械特性。”

IMR公司的高級研究工程師Sean McConnell解釋道:“為了進行概念驗證測試,我們在RenAM 500M的加工托盤上制造了一批參照品,并對這些參照品進行了破壞性測試,以確定植入體的化學、冶金和機械特性。”

結果

概念驗證測試的結果表明:傳統制造工藝無法制造的脊柱植入體特性可以利用增材制造技術實現。植入體原型和成品植入體均在RenAM 500M上制成,無需在不同的機器之間傳輸加工程序。簡化的制程可幫助醫療產品制造商大幅節省成本和時間。

除了證明增材制造技術在制造脊柱植入體方面極具優勢外,該研究還表明:如果在早期階段將增材制造設計 (DfAM) 納入考量,則可以減少支撐的使用,從而減少精加工操作。

nTopology的業務開發與合作關系總監Duann Scottt解釋道:“通過此脊柱植入體項目,我們加深了對醫療產品生產和增材制造機器能力的了解,從而開發出我們的設計軟件,為推廣先進制造技術在醫療產品行業的應用添磚加瓦。”

▲他補充道:“為了實現這款軟件與RenAM 500M互相兼容,我們進行了大量測試,解決了不計其數的問題。而且,在雷尼紹工程師的大力幫助下,整個過程得以順利且高效地完成。這樣的項目一般需要耗時多年,但是nTopology公司、雷尼紹、IMR公司三方精誠合作,在短短幾個月內就順利完成了這個項目。

Scott總結:“我們將繼續與雷尼紹緊密合作,為行業提供增材制造技術。我們的目標是推動行業展開更廣泛的先進制造合作。”


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