Протез напечатанный на 3д принтере

Медицина - одно из основных направлений использования 3D-печати. Это именно та отрасль, которая динамично развивается и постоянно находится в разработке инноваций, способных продлить жизнь. То и дело в мире появляются новости о новых достижениях ученых в области медицины и 3D-принтинга. Здесь и печать прототипов органов для повышения точности и эффективности хирургических операций, и печать протезов конечностей, имплантов (вплоть до черепной коробки), всевозможных стоматологических моделей.

Недавно мир поразили новости о напечатанном на 3D-принтере сердце на чипе - эта разработка позволит проводить медицинские исследования без участия людей и животных. А самая удивительная разработка ученых-медиков за последнее время – 3D-печать волне функциональных яичников , которые уже помогли родить бесплодным мышам. Сейчас эту разработку планируют протестировать на людях.

Но многое из того, о чем читаем в новостях, пока что и остается на уровне новостей. Биопечать - это пока что в основном экспериментальные технологии, которые только отлаживаются и далеки от повсеместного практического использования. Не стоит забывать о том, что многие инновации создаются за рубежом и до российского рынка доходят нескоро. В России «медицинская» 3D-печать в основном используется по следующим направлениям: 3D-печать протезов, стоматологических шаблонов, а также печать корпусов и деталей для новых медицинских аппаратов.

Протезирование - отрасль, которая должна учитывать индивидуальные особенности человека. Представьте себе, что стоматологу нужно провести дентальную имплантацию, то есть вживить искусственный корень на место отсутствующего или больного зуба. Традиционный способ установки имплантов опирается на данные полученные с помощью рентгеновского исследования. По контрастности изображения на черно-белом 2D-снимке можно получить информацию о наличии кости на месте установки импланта и о приблизительной высоте кости, так как снимок делается под углом. Таким образом, имеется лишь примерная информация, и пациент должен полагаться на опыт и квалификацию хирурга. Ошибка в расчетах и в проведении операции может привести к неприятным последствиям: перфорации носовой пазухи или челюстной кости, повреждению нижнечелюстного нерва, которое угрожает парестезией (онемением губ и подбородка).

3D-технологии позволяют минимизировать вероятность ошибки, они ускоряют и упрощают весь процесс.

Сначала с помощью 3D-сканера создается цифровая 3D-модель челюсти, которая идеально передает все индивидуальные особенности. На 3D-модели с помощью компьютерных вычислений в нужном месте и под нужным углом намечаются отверстия для имплантатов. Затем модель быстро печатается на 3D-принтере и используется в качестве навигационного шаблона, который как бы надевается сверху на челюсть пациента, и по направляющим отверстиям врач точно устанавливает имплантаты. При этом 3D-технологии позволяют не только повысить точность шаблона, но и сокращают временные и финансовые издержки на производство.

При производстве протезов конечностей работает аналогичный принцип - с помощью 3D-сканирования можно подогнать модель четко под параметры пациента. Сам протез можно отпечатать на 3D-принтере в среднем за 1-3 дня в зависимости от размера и технологии печати . При этом можно еще и разработать уникальный дизайн протеза, что легко сделать в цифровой 3D-модели. Вот, например, модели детских протезов от британской компании Open Bionics, которые сделаны в стиле героев из фильмов «Железный человек», «Холодное сердце» и «Звездные войны». Такие протезы позволяют детям почувствовать себя супергероями и справиться с понятными комплексами.

Однако основным применением 3D-печати в медицине остается прототипирование и отладка новых аппаратов перед выпуском на рынок. Медицина - отрасль, которая меньше других прощает ошибки, потому что здесь в буквальном смысле решаются вопросы жизни и смерти. Неправильно сконструированный аппарат в лучшем случае не сможет помочь пациенту, в худшем - усугубит его состояние. Разработка медицинской электроники требует участия квалифицированных специалистов и большего количества потраченного времени и средств. Поэтому крайне важно тщательно протестировать устройство пред началом его использования широким кругом людей. При этом, конечно, хочется минимизировать временные и финансовые издержки при производстве. Вопрос времени в медицинской сфере стоит особенно остро: чем быстрее будет выпущен тот или иной аппарат, тем больше людей можно спасти или вылечить. Поэтому оперативное производство, которое возможно благодаря 3D-печати, здесь просто незаменимо.

Расскажем, как 3D-печать помогает в производстве медицинских устройств на примере нашего кейса по изготовлению корпуса для интеллектуального кардиорегистратора.

В конце прошлого года к нам обратился медицинский стартап ООО «СММ», который разработал инновационный интеллектуальный кардиорегистратор. Кардиорегистратор предназначен для длительного дистанционного мониторинга физиологических параметров человека: измеряет ЭКГ, дыхательную и двигательную активность. Полученные данные используются для диагностики пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

С задачей по производству корпусов для кардиосенсора ООО «СММ» и пришли в CubicPrints.

Конструкция предполагает четыре детали: основной корпус для электроники + крышка, корпус аккумулятора + крышка. Разработчики самостоятельно подготовили цифровые 3D-модели, по которым сперва был отпечатан прототип для проверки на собираемость. Поскольку модель довольно миниатюрная и требует высокой точности, прототип печатали из высокоточного пластика фотополимера .

Обработанная мастер-модель из фотополимера. Фото: CubicPrints

Первый же напечатанный прототип дал положительный результат по основным моментам сборки, и решено было отлить в силиконовые формы пробную партию пластиковых корпусов.

Силиконовые формы для литья. Фото: CubicPrints

Напечатанные из фотополимера детали использовались в качестве мастер-модели для снятия силиконовой формы, в которую заливался полиуретан, и тиражировались корпусные детали в выбранном изначально бирюзовом цвете.

Первая партия отлитых корпусов. Фото: CubicPrints

После тестирования первой отлитой партии была несколько изменена геометрия корпуса в пользу эргономики, усовершенствованы крепежные элементы электронного кабеля и скорректированы некоторые другие конструкторские решения. Также выяснилось, что для длительного непрерывного использования светлый бирюзовый цвет довольно маркий, поэтому решено было заменить его на серый.

Все изменения были быстро внесены в цифровую 3D-модель, и за день мы отпечатали новую мастер-модель из фотополимера, после чего отлили еще десяток комплектов.

Отлитый собранный корпус в сером цвете. Фото: CubicPrints

Испытания второй партии позволили еще больше оптимизировать конструкцию, в частности усовершенствовать фиксацию источника питания. Аккумулятор крепится к корпусу с помощью встроенных магнитов, чтобы можно было максимально быстро заменить батарею на ходу. Поэтому две части кардиорегистратора должны свободно соприкасаться друг с другом, «без щелчка» соединительных пазов.

Корпус кардиорегистратора и батарейного отсека. Фото: CubicPrints

Недавно мы закончили производство третьей партии в сером цвете с учетом всех конструкторских изменений. На данный момент последняя отлитая и укомплектованная электроникой партия используется в доклинических исследованиях в ряде медицинских учреждений и проходит сертификацию перед запуском крупного серийного производства и выводом на рынок.

Производственный процесс нескольких тестовых партий удалось уложить в сжатые сроки, в первую очередь, благодаря возможности легко внести изменения в цифровую 3D-модель и быстро напечатать на 3D-принтере усовершенствованную мастер-модель для снятия силиконовой формы и тиражирования.

Корпуса кардиорегистратора со встроенной электроникой. Фото: CubicPrints

Очевидно, что на сегодняшний день скорость 3D-печати позволяет значительно сократить срок производства и финансовые издержки , а в ряде случаев бывает просто незаменимой. Недавно мы с коллегами задались вопросом: а как вообще раньше, в до 3D-печатные времена, делали прототипы или мастер-модели для литья? Понятно, что что-то можно отфрезеровать, что-то вырезать, но если у модели сложная форма, то, скорее всего, потребуется довольно долгий процесс изготовления отдельных частей и дальнейшей кропотливой ручной сборки и доводки. Когда мы задали этот вопрос одним нашим заказчикам - крупному заводу пластмассовых изделий, которые печатают у нас прототипы, то получили ответ: да примерно никак. То есть права на ошибку и проверку конструкции нет. Если вдруг предстоит выпуск крупной партии, а инженер ошибся в расчетах, что-то неточно сконструировал, то ошибка выявится только после изготовления пресс-формы, которая стоит сотни тысяч рублей.

Подумав о том, сколько денег и времени тратилось впустую, мы в очередной раз порадовались технологическому прогрессу, который делает жизнь, мягко говоря, проще.

Кристоф Сире, зубной техник, Франция

Моделирование каркаса будущего съемного протеза возможно в различном программном обеспечении. Лично я использую Exocad, Shape и DentalWings, причем последний является наиболее комплексным и гибким инструментом для решения этой задачи.
В 2016 году изготовление съемных протезов не вызывает большого интереса со стороны зуботехнических лабораторий в виду невысокой стоимости работы. С другой стороны, компьютерное моделирование позволяет решить этот вопрос быстро и качественно, а пациент получает ценную для него услугу.
На сегодняшний день разработчики программного обеспечения предлагают все более совершенные решения, позволяющие моделировать в программном интерфейсе так же интуитивно, как и вручную. Фактически возможность импорта STL-файла позволяет расширить границы воображения. Зубной техник с навыком работы в программном обеспечении способен создать модель каркаса съемного протеза за 10 минут, используя STL файл, полученный из настольного 3D сканера путем сканирования модели или слепка, либо полученный в результате интраорального 3D сканирования, при этом мы пропускаем этап изготовления огнеупорной модели. В итоге мы получим значительную экономию времени. Экономия в расходе материала также играет важную роль, особенно заметна в использовании формовочных масс, возрастает качество выполняемых работ. Толщина стенок регулируется в программном обеспечении, что позволяет избежать слабых мест и обеспечить стабильность формы каркаса на всех этапах изготовления.
Последняя версия DentalWings 6.1 предоставляет возможность совмещать изготовление съемных и несъемных протезов.
Также при необходимости с помощью STL файла можно создать каркас под несъемный протез, изготовленный путем фрезерования и использующий клампы и другие аттачменты для фиксации.

1. Подготовка модели

На изображении показана модель, полученная с помощью сканера Imetric Llm, который также задает оси. В зависимости от используемого сканнера стандартное расположение осей может быть разным, но мы можем его изменить в программе для получения лучшего качества установки и лучшего прилегания протеза (Рис. 2). Программа установит модель параллельно за-данной нами оси путем добавления виртуального воска (Рис. 3). Мы можем добавить или убрать этот материал для создания желаемой фиксации. Цвета на поверхности модели говорят о толщине ретенции, соответствующей значениям цветовой шкалы, изображенной на фото. В окне «Обзор модели», изображенном справа сверху от модели (Рис. 1) находятся жизненно важные параметры, влияющие на успешность изготовления металлического каркаса частичного съемного протеза.

2. Моделирование каркаса

Программное обеспечение Dental Wings Partial предлагает различные шаблоны каркасов, доступные по умолчанию. Их габариты можно изменять, а также загружать свои собственные шаблоны для индивидуализации работ путем добавления STL файлов. В меню инструмента «дизайн протеза» показаны все доступ-ные нам виды шаблонов. Кламмеры, замки, балочные крепления, дуги и другие виды работ доступны в этом меню.

Выбор дизайна проекта

Мы можем использовать удобную нам последовательность выполнения работы. Обычно я работаю следующим образом, как представлено на изображениях. Клипсы (Рис. 6), ретенционные сетки (Рис. 7), стопоры (Рис. 8), кламмеры (Рис. 9 и 10), опоры (Рис. 11–13) или бюгельные дуги и ретенции (Рис. 16).

В ходе всего процесса изготовления нашей модели мы располагаем параметрами, позволяющими наиболее оптимально подогнать наши элементы; с помощью набора инструментов мы можем добавлять, убирать и сглаживать воск. Таким образом, изготовление модели больше напоминает моделирование вручную.

Объединение элементов

Как только все элементы расставлены по своим местам единственное что остается сделать – объединить их вместе. В итоге мы получим целостный объект в формате STL. На этом этапе мы можем убрать каркас или добавить опорные конструкции при необходимости (Рис. 17). Мы можем проверить размеры нашего изделия используя инструмент «из-мерительный бокс».

3. Позиционирование при печати на 3D принтере

Мы экспортируем STL файл из программного обеспечения Dental Wings и загружаем его в программу Asiga Composer, в которой мы подготовим наш объект к печати на принтере Asiga PRO с использованием беззольно выгораемого материала DETAX. Вид используемого материала, а также толщина слоя могут быть выбраны в окне настроек (Рис. 21). Далее мы размещаем объект в пределах рабочего поля (Рис. 22) и устанавливаем поддержки для корректной печати (Рис. 23). На следующем шаге представлены тонкие настройки печати, обычно устанавливаемые производителем, а также итоговое время печати. Все, что остается сделать – запустить принтер.
На Рис. 25 показан результат печати беззольно выгораемым материалом DETAX (Рис. 26). Этот материал имеет очень мелкую дисперсность, обеспечивающую оптимальную точность, а также выгорает без остатка и обеспечивает прекрасное качество литья. Он также может быть использован и при изготовлении несъемных протезов (Рис. 27 и 28). Технология прекрасно подходит для изготовления объектов с мельчайшими деталями для дальнейшей отливки из металла.

Непосредственное изготовление

Для спекания кобальт-хромового сплава с по-мощью лазерного луча мы используем программное обеспечение 3Shape CAMbridge (Рис. 29), при этом процесс такой же, как с Asiga Composer, машина EOS использует порошок, разработанный специально для изготовления каркасов (Рис. 30).Расходы и размеры данных устройств довольно высоки. Поэтому их скорее можно увидеть в производственных центрах, таких как Dentéo CAD/CAM (Рис. 31).Результат печати за 18 часов (Рис. 32).

Еще одно преимущество – комбинированное изготовление

Изготовление на 6-звенного моста с аттачментом и фрезеровкой (Рис. 33–36).Моделирование пластины с контрпластиной на 14-й зуб, покрытием на 24-й зуб (Рис. 37 и 38) и встречной фрезеровкой на зубах 13/23.

Последний пример

Изготовление каркаса (Рис. 39), десневая маска и зубы (Рис. 40), соединенное изделие (Рис. 41).

Выводы

В завершение мы хотели бы сказать, что развитие технологии CAD/CAM в стоматологических лабораториях Франции, в частности, для съемных частичных протезов предлагает все новое и новое оборудование, такое как прецизионный принтер, например, Asiga; и новые материалы, например, пластмассу DETAX Cast, которую мы можем использовать в этих устройствах. Однако следует соблюдать осторожность при работах с устройствами, для которых нет гарантированного разрешения производителей материалов. Эти устройства на самом деле крайне требовательны к качеству, в частности, для материалов класса 2А для несъемного зубного протеза, где в процессе изготовления необходима предельная осторожность в отношении биосовместимости. Что касается изготовления из определенного материала, в данном случае кобальт-хрома, рынок не предлагает маленьких настольных установок, что вынуждает нас использовать промышленные устройства, которые доступны не каждому, и зубные техники работают совместно со специализированными производственными центра-ми. Качество изготовления и развитие оборудования в будущем станут нормой. Благодарим компанию

Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта!

Современная медицина может похвастаться достижениями в сфере производства протезов, однако вряд ли она может предоставить протезы за 5 долларов! Мы уже , которая родилась с короткими пальцами. Можно сказать, что устройство для трёхмерной печати значительно улучшило её жизнь, после того как она примерила пластиковый протез, воссозданный на 3D-принтере. Сегодня мы хотим поговорить с вами о том, каким образом развивается индустрия печати протезов на 3D-принтерах.

Отметим, что стандартный протез конечности стоит от 5000 до 50.000 долларов и представьте себе, каково зарабатывать на такую покупку без одной руки или ноги? Возможно, по этой причине люди, которые заняты в индустрии трёхмерной печати, стали придумывать способы распечатки качественных и недорогих протезов. Уже в 2011 году на Шотландском Саммите (Scott Summit), основатель Bespoke Innovations продемонстрировал 3D-принтер, который создан исключительно для распечатки искусственных конечностей.

После встречи в 2011 году, команда исследователей Bespoke Innovation sпродолжила исследования, доделывая и переделывая тот самый принтер. На данный момент они могут предоставить оборудование, которое способно отсканировать и воссоздать искусственную и рабочую часть тела. Есть одно «но» - оно всё ещё очень дорогое и иногда бывает проще купить стандартный протез.

Мы хотим поговорить о более «финансово реальных» проектах. Много кто знает Ричарда Ван Аса, которые потерял четыре пальца во время работы с циркулярной пилой. Он принял решение самостоятельно изобрести протез при помощи 3D-принтера. Так родился проект Robohand. Робо-рука стоит коло 500 долларов и это уже радует. Создатель этой руки выложил файлы в интернет, где каждый их может скачать и распечатать. Информация доступна по ссылке: http://www.thingiverse.com/robohand/designs

Мистер Ван Ас не единственный в своём роде. Семнадцатилетний изобретатель Истон ЛаШапель из штата Колорадо создал протез руки при помощи 3D-принтера. Сегодня он построил уже третью версию искусственной руки, которая стоит всего 250$. Устройство работает почти как живое.

Эрик Ронин из отдела механической инженерии распечатал упрощённую версию протеза кисти руки. Устройство ManuPrint устроено таким образом, что её владелец может шевелить пальцами. Протез полностью механический (он не использует электричество). Стоимость такого устройства составляет 20 долларов.

А вот ещё один проект от Zero Point Frontiers. Команда разработчиков этой компании создала протез руки для той с коротенькими пальчиками. Для этого они использовали 3D-принтер. Пластмассовая рука стоит всего 5 долларов.

В сентябре этого года англичанин Джоел Гилберт , которая предоставляет владельцу гораздо больше свободы действия, чем иные распечатанные аналоги. Протез использует специальный моторчик, а стальные кабели выполняют функцию сухожилий. Отметим, что эта рука может быть присоединена к стандартному протезу при помощи встроенного передатчика. Стоит такое удовольствие всего 1000 $.

Конечно же, все вышеназванные устройства не обладают такими свойствами, как стандартные протезы, однако обладают достаточной функциональностью для осуществления простых движений. Ну а главный их «козырь», это низкая цена. Да и прогресс не стоит на месте, и постоянно появляются более совершенные модели распечатанных протезов.