IFM_201506 całość 150 dpi - page 40

vol. 4 6/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
342
technologie
\
technologies
artykuł naukowy
\
scientific paper
Wprowadzenie
Technologie przyrostowe (
additive technologies
) polegają na
wytwarzaniu obiektów przestrzennych poprzez nakładanie
materiału w miejscach, gdzie tworzy on jego objętość [1]. Wyko-
nywane jest to metodą warstwa po warstwie, która bazując na
kolejnych przekrojach modelu, uzyskanych w kierunku narasta-
nia kolejnych warstw, łączy materiał w jedną całość obiektu. Gru-
bość stosowanej warstwy determinuje jego dokładność wzglę-
dem modelu zaprojektowanego w systemie CAD – im mniejsza
grubość warstwy, tym ich więcej, a tym samym dyskretyzacja
modelu jest dokładniejsza [2, 3].
Do produkcji obiektów w technologiach przyrostowych moż-
na wykorzystać wiele rodzajów materiałów, wśród których
wyróżniamy metale, ceramikę i tworzywa sztuczne, których
różnorodność ciągle rośnie. Stosowany materiał do wytworze-
nia obiektu w technologii przyrostowej ogranicza nam wybór
wykorzystywanej techniki. W zależności od rodzaju materiału,
przybierać on może różne postaci, jak: proszek (ceramika, two-
rzywa sztuczne, metale i ich stopy), drut (tworzywa sztuczne)
czy stan ciekły (żywice fotoczułe). Materiały proszkowe mogą
być stapiane całkowicie (metale) lub częściowo (tworzywa
sztuczne – całkowite stopienie prowadziłoby do rozpadu łań-
cucha polimerowego) przez źródła skupionej energii – wiązka
lasera, elektronów – technologie SLS
(
Selective Laser Sintering
),
SLM
(
Selective Laser Melting
), EBM
(
Electron Beam Metling
) lub
sklejane lepiszczem (3DP) [4]. Przykładem biokompatybilnego
metalicznego materiału proszkowego jest stop tytanu Ti-6Al-
-7Nb. Do jego zalet należą: duża odporność korozyjna, dobra wy-
trzymałość zmęczeniowa oraz właściwości paramagnetyczne.
W przeciwieństwie do stopu poprzedniej generacji Ti-6Al-4V,
nie zawiera jonów wanadu indukujących proces zapalny, które-
go konsekwencją jest osteoliza w sąsiedztwie wszczepu.
Technologie wykorzystujące drut z tworzywa sztucznego
są najpopularniejszymi technologiami pod względem sprzeda-
wanych urządzeń, często klientom prywatnym, ze względu na
ceny urządzeń i materiałów (Fot. 1). Wykorzystują one ruchomą
głowicę, która podgrzewa podawany drut do temperatury upla-
styczniania i nakłada go na wcześniej ułożone warstwy – techno-
logia FFF (
Fused Freeform Fabrication
) lub zarejestrowana przez
firmę Stratasys nazwa własna FDM (
Fused Deposition Modelling
)
[5, 6]. Dostępność tego typu urządzeń dla osób niezwiązanych
profesjonalnie z technologiami przyrostowymi upowszechniło
stosowanie określenia druk 3D, który tłumaczony dosłownie
może być mylony z technologią 3D Printing działającą w okre-
ślony sposób i należącą do grupy technologii przyrostowych.
Żywice na bazie tworzyw sztucznych mogą być stosowane
w stereolitografii (SL) – najstarszej z technologii przyrostowych,
gdzie w wannie żywicy zanurzana jest platforma procesowa
o grubości warstwy poniżej lustra materiału, a następnie sku-
piona wiązka światła UV scala materiał w przekroju. Inną tech-
nologią wykorzystującą żywice światłoutwardzalne jest Polyjet,
w której materiał nakładany jest przez ruchome dysze, niczym
w tradycyjnych drukarkach atramentowych, jednak mimo gęsto-
ści i lepkości materiału, możliwe jest tworzenie przestrzennych
obiektów na platformie procesowej [4]. Materiały na bazie cera-
miki i tworzyw sztucznych mogą służyć do wykonania prototypu
modelu w celu zaprezentowania lekarzowi wyglądu implantu
bądź rozległości uszkodzeń kości.
Materiały metalowe są stosowane w postaci proszkowej,
które w urządzeniu realizującym proces przyrostowy są sta-
piane przez źródło energii. Kolejne topione cząsteczki proszku
tworzące mikroskopową fazę ciekłą zastygają, łącząc się w prze-
tapiany przekrój warstwy. Tak wytworzony implant ze stopu
biozgodnego materiału można umieścić w ciele pacjenta po nie-
wielkiej obróbce podprocesowej [7].
W czaszkowo-twarzowej chirurgii rekonstrukcyjnej po-
wszechnie wykorzystywanymi materiałami są: autogenna kość
(tzw. złoty standard), siatki tytanowe, allogenne i ksenogenne
materiały, polietylen i wiele innych. Wymogi stawiane tymmate-
riałom to biokompatybilność, łatwość aplikacji, nietoksyczność,
hipoalergiczność, stabilność kształtu. Dodatkowe wymagania
wobec materiałów używanych w rekonstrukcji to precyzja w for-
mowaniu, adaptowaniu, trwałość w podporze tkanek [8, 9].
Projektowanie tytanowych implantów w postaci siatki opar-
te na modelach anatomicznych oczodołów uzyskanych dzięki
danym z CT i przetworzonych poprzez odpowiednie oprogra-
mowanie jest skuteczną i szeroko stosowaną metodą. Jednak
czasem zdarza się, że cienkie implanty są przemieszczone bądź
zdeformowane, szczególnie w przypadkach ciężkich uszkodzeń
struktur kostnych, gdzie tytanowe siatki nie mogą być dokładnie
ustabilizowane. Dlatego niektórzy badacze zdecydowali się na
użycie implantów polietylenowych (UHMWE-PE) własnej inwen-
cji z odpowiednimi zgrubieniami, aby zachować objętość i otrzy-
mać stabilność ścian oczodołów. Jednak początkowo materiał
ten posiadał wadę polegającą na zbyt dużym skurczu podczas
tworzenia. Dziś rozwiązano ten problem przez wytwarzanie im-
plantów z większych prefabrykowanych bloczków obrabianych
komputerowo [10].
Zastosowanie indywidualnie dla pacjenta zaprojektowanych
implantów z polietylenu UHMW-PE (Fot. 2) to obiecująca droga
do prawidłowej rekonstrukcji 3D. Materiał ten pozwala na korek-
tę objętości odtwarzanych struktur kostnych i jest odporny na
śródoperacyjne deformacje, jednakże jest niewidzialny w pro-
mieniach X, co stwarza trudności w ocenie pozycji implantu
i wpływu na rezultat końcowy [9, 11].
Kolejną zaletą materiału jest jego sztywność zapewniająca
możliwość odbudowy stosunkowo dużych ubytków kostnych, tj.
dolna ściana oczodołu. Model anatomiczny wykonany przy wy-
produkowaniu implantu polietylenowego może służyć pomocą
chirurgowi podczas operacji (śródoperacyjne narzędzie nawiga-
cyjne). Innymi zaletami UHMW-PE są łatwa korekcja skalpelem
lub nożyczkami oraz mała liczba powikłań. W czasie projektowa-
nia z użyciem systemu CAD łatwo i bardzo precyzyjnie można
modyfikować grubość implantu. Metoda ta pozwala uzyskać
polietylenowe wszczepy o zaokrąglonych brzegach i gładkim
1...,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39 41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,...56
Powered by FlippingBook