髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是當前常見的骨科手術(shù)之一。為了滿足持續(xù)增加的需求，骨科植入物制造商持續(xù)精進生產(chǎn)工藝，以各種創(chuàng)新技術(shù)為醫(yī)療機構(gòu)及患者提供質(zhì)量更好、價格更低的髖關(guān)節(jié)植入物。3D 打印技術(shù)能夠生成創(chuàng)新的、具有功能性的幾何結(jié)構(gòu)，因而已成為骨科植入物的生產(chǎn)技術(shù)。髖臼杯植入物尤其能展現(xiàn)此技術(shù)的特點，通過層層堆積的方式搭建起復雜的內(nèi)部幾何特征，生成經(jīng)典的“骨小梁結(jié)構(gòu)”，即近似于人體骨骼外觀與生物功能性的多孔表面結(jié)構(gòu)，為植入物提供了優(yōu)異的骨融合性能。

雖然，相比傳統(tǒng)加工技術(shù)而言，增材制造技術(shù)在該領(lǐng)域的應用出現(xiàn)較晚，3D打印髖臼杯的商業(yè)化已經(jīng)有十余年的歷史，早在2007年，歐洲醫(yī)療機構(gòu)就開始將3D打印髖臼杯植入物人體，經(jīng)過十余年的發(fā)展，更多的3D打印髖臼杯成功實現(xiàn)商業(yè)轉(zhuǎn)化。在產(chǎn)業(yè)化大趨勢下，怎樣以更低的成本、更高效的方式批量生產(chǎn)3D打印髖臼杯植入物成為骨科植入物制造領(lǐng)域面臨的新問題。

在目前已實現(xiàn)商業(yè)轉(zhuǎn)化的3D打印髖臼杯產(chǎn)品中，制造技術(shù)為兩種粉末床金屬3D打印技術(shù)-電子束熔融（EBM）與選區(qū)激光熔化（SLM）。其中，電子束熔融技術(shù)在髖臼杯3D打印領(lǐng)域的應用更早，在已商業(yè)化的3D打印髖臼杯產(chǎn)品的生產(chǎn)中也占據(jù)了更多“席位”；選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)也在不斷的優(yōu)化，以提升其生產(chǎn)效率、降低制造成本，滿足批量生產(chǎn)的需求。本期，分享的是GF 加工方案與骨科植入物生產(chǎn)企業(yè)合作優(yōu)化的髖臼杯整體增材制造解決方案，從中可以清晰的感受到選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)在髖臼杯植入物制造領(lǐng)域所獲得的發(fā)展。

各具優(yōu)勢的粉末床工藝

在兩種3D打印髖臼杯的增材制造技術(shù)中，電子束熔融技術(shù)以電子束為能量源，其較大的光斑以及較高的功率能提高生產(chǎn)效率，這種方式能夠降低單件生產(chǎn)成本。同時，電子束熔融技術(shù)支持簡易的無支撐設(shè)計，也進一步降低了成本。而選區(qū)激光熔化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的精度，從而為復雜的晶格結(jié)構(gòu)提供更細致的微觀結(jié)構(gòu)分辨率、提升彈性，更容易清除粉末，以及更廣泛的材料選擇。

電子束熔融技術(shù)憑借著其更快的搭建速度，成為目前醫(yī)療生產(chǎn)企業(yè)更廣為采用的增材制造技術(shù)。而通過自動化與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝整合發(fā)展更優(yōu)異的零件生產(chǎn)策略，選區(qū)激光熔化技術(shù)的競爭力將能提升到新的層次。

重定義髖臼杯生產(chǎn)三個關(guān)鍵步驟

為了發(fā)展此創(chuàng)新生產(chǎn)策略，GF 加工方案和位于意大利 Monza 的重量級骨科植入物生產(chǎn)廠家 – Hofmann Srl 合作，利用自身在硬件、軟件的優(yōu)勢以及對于工業(yè)流程的掌握，重新定義了髖臼杯制造的三個關(guān)鍵步驟，并且為每一個步驟制定方案，最終實現(xiàn)優(yōu)化的制造工作流程。

1. 設(shè)計階段

增材制造技術(shù)層層搭建零件的特性，使得堆疊打印策略在應用中尤其實用，因為可以大幅提升曝光與鋪粉時間比例。換句話說，堆疊打印策略最大程度的延長了“激光有效工作時間”，將鋪粉時間（非有效工作時間）在零件生產(chǎn)成本占比降到最低。

此堆疊打印策略擁有優(yōu)化的支撐設(shè)計，可以為多個髖臼杯提供支撐，且使用的材料相較于單層打印并無顯著增加，有效降低材料使用成本并節(jié)省搭建時間。此支撐設(shè)計在堆疊髖臼杯打印完成后，可完全清除殘留粉末，并且在機加工階段實現(xiàn)單個零件安全可靠的分離。事實上，這一獨特的支撐設(shè)計方案除了在打印階段起到支撐作用，也為后續(xù)的車工提供了重要的夾持功能。
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