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医疗设备:在3D医学实验室打造未来制造业

以及营造良好氛围的重要性

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曾经认为主要用于原型设计,现在越来越多地采用备件,小型系列生产和工具在前瞻性思维制造业等航空必威手机注册航天,电子,汽车和医疗器械等方面的开发。在创新制造业的最前沿的行业中,医学部门已成为推动添加剂制造业增长的主要部分:法国必威手机注册3 d MedLab在这一领域的前沿运作

通过一层一层地将金属粉末熔合在一起,使用多种不同的基于激光的技术,增材制造可以制造出复杂的组件,而用传统的减法制造方法通常是非常具有挑战性的(如果不是不可能的话)。必威手机注册增材制造的优势包括更大的设计自由和定必威手机注册制,提高产品强度和功能,减少复杂组件的装配时间,本地化生产,快速上市,减少浪费,减少过时,减少对传统供应商的依赖,甚至创造出具有独特力学性能和行为性能的新材料。

多元化的制造业景观

医疗器械必威手机注册生产的增材制造技术是一个多样化的领域,开发了各种技术来满足不同的生产要求,包括使用的材料、表面光洁度和成本。保持不变的是对高质量大气气体的需求,以及使其应用能够优化工艺和最终产品的开拓性技术。

惰性气体,通常是氩气或氮气,是金属增材制造以及包括生产前和生产后活动在内的外围过程的核心功能,也是真空热处理过程中最常用于淬火的介质。必威手机注册

一些关键的增材制造工艺包括激光粉必威手机注册末床聚变(L-PBF),其中激光源选择性地应用于粉末床,随着每一层的完成和新粉末在建造区域的扩散而逐渐下降;激光定向能量沉积(L-DED)使用高功率激光束,连接到机器人或龙门系统,在金属基板上形成熔化池,将粉末或金属丝送入熔池;以及粘合剂喷射,在这种喷射中,液体粘合剂被选择性地沉积以连接粉末颗粒,并与要粘结的材料交替地分层应用。

个性化、改变

增材制造技术在医疗设备必威手机注册开发中的应用,正在为根据患者的具体尺寸和需求定制植入物、假肢、工具和其他设备开启非凡的可能性。它不仅代表了改善医疗保健的技术飞跃,而且有可能大幅降低医疗保健成本。患者需要花在术后医生护理下的时间可以减少,以及纠正或额外手术的需要。此外,从大规模制造到“按需”制造的转变很可能导致原材料和能源等资源的消耗减少。通过快速成型技术获得的知识,增材制造可以大大缩短产品开发时间。必威手机注册

相对于直到最近通常都是标准程序的一刀切方法,增材制造可以基于高度独立和复杂的晶格结构生产组件,比传统的减法加工效率更高。必威手机注册这种多面组件旨在模仿人体部位,使其能更好地融入患者自身的骨骼和组织结构,从而减少排斥反应,加快愈合速度。它还可以创造相当具体和独特的表面处理,可以提高手术成功率。

必威手机注册定制设备的增材制造无疑受益于材料开发的最新进展——包括创新金属合金——这可以提高植入物(如关节置换)的耐久性和摩擦学性能(即,在运动时表面之间的相互作用)。

影响深远的价值链

3D MedLab的制造未来 由于通过增材制造生产医疗设备涉及患者治疗,这一过程依赖于广泛而复杂的价值链,每个部必威手机注册分监督开发的关键方面。植入物需要专门为患者的磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描(CT)设计,因此需要医疗专家进行初步调查程序、身体成像和患者会诊。虚拟模型的设计必须由专业的CAD设计师使用软件和3D扫描仪创建。一旦设计被外科医生批准,实际生产就可以开始了。

从激光粉末床聚变必威手机注册、激光定向能量沉积到粘结剂喷射,各种添加剂制造技术被用于一层一层地构建组件,设备经过一系列的质量控制过程——包括打印后清洗、验证、在它们被消毒、包装并送到医院、整形诊所和康复中心之前进行测试和验证。

气体的重要作用

大气气体在增材制造过程的每个阶段都发挥着基础性的作用——从金属粉末的生产和存储到加强印刷过程和印刷后清洗。必威手机注册

林德的ADDvance粉末柜,用于控制湿度和监测湿度水平,以保护敏感金属粉末

成品的机械性能不仅高度依赖于印刷过程本身,而且还取决于印刷过程中使用的粉末的特性。增材制造中使用的金属粉末的质量至关重要,因为它会影响成品的物理性能,包括抗必威手机注册拉强度、脆性、抗冲击性、耐热性和耐腐蚀性。粉末质量对一致性和生产重复性也起着至关重要的作用。

需要金属颗粒的高球形度,以便金属粉末在打印机内平滑、均匀地流动。还需要高粉末层密度来生产高扫描速度的致密零件,从而提高生产率。粉末层的密度尤其取决于颗粒形状和尺寸以及尺寸分布。颗粒形状会影响孔隙率,因为与球形的偏差越大,密度越低,因此孔隙率越高。此外,球形还可在重涂期间提供更好的流动特性。由于获得了优越的几何特性,气体雾化是生产金属粉末最有效的方法。它不仅需要大量惰性气体(如氩气和氮气)的供应,还需要气体分子的专业知识来帮助制造商微调雾化过程,以进一步改善粉末特性,消除废品,并以经济高效的方式实现这一目标。

一旦制造了金属粉末,必须在储存期间保持正确的气氛,以避免湿度。金属粉末质量对印刷品的微观结构和物理性质产生根本影响,因此它们必须具有定义和一致的质量,这意味着正确的存储和处理至关重要。湿度会使粉末成效,降低其流动性,并将增加印刷过程中的氧气量。

成品的机械性能高度依赖于该过程中使用的粉末的特性

金属粉末通常储存在打印机附近的容器或闭合柜中直到所需的。然而,随着血管环境空气和湿度的每个开口进入,影响粉末的化学和物理特性并导致其年龄。当存储在机柜中时,粉末可以与机柜本身内的大气反应。即使储物柜,每次打开门时,环境空气和湿度流动也导致污染和降解。

Linde开发了一种创新的解决方案来解决这个储存挑战 - Addvance®粉末柜。粉末柜适用于防潮和监测单元,以连续测量湿度水平,一旦门关闭以快速去除空气中的水分,就会触发高批量吹扫气流。然后,它施加较低的气流以确保保持持续的低水平的湿度,确保保留有价值的敏感金属粉末的质量。

基本要素

除了金属粉末和存储优化,大气气体在核心打印过程中发挥着更重要的作用。虽然增材制造必威手机注册可以优化医疗设备的生产,确保工艺的高重复性,并需要更少的印后整理,但印刷室的气氛需要是最佳的和可复制的。

尽管使用高纯度惰性气体(如氩气和氮气)吹扫室内的大气以去除氧气,但由于吹扫不彻底、连接松动或甚至在金属粉末内部,仍可能存在杂质。即使氧含量的微小变化也会损害对氧敏感的金属(如钛和铝合金)的机械或化学性能,并会影响最终产品的成分,导致不良的物理特性,如变色,甚至抗疲劳性差。lin

林德在过去的几年中,致力于开发先进的技术,以克服这些大气杂质,以便为制造商提供最佳的打印条件。结果-提高O2精度-提供了气体大气的连续分析,高精度检测氧水平没有交叉灵敏度。当氧气浓度低至百万分之10时,该装置会自动启动一个净化过程,以保持空气的纯净。这项技术已经在医疗设备制造公司中使用,这些公司是增材制造的先锋,包括必威手机注册3 d Medlab在法国。

恰当的例子

Linde的advance O2精密技术使3D Medlab能够精确控制打印室中的氧气浓度和湿度水平。

Linde和3D Medlab最近进行了一项开创性的研究项目,研究如何优化打印室的大气条件,为医疗设备生产复杂的网格结构。该联合项目是骨科设备开发领域的一个里程碑,重点是钛合金Ti-6AI-4V的使用。

大气试验涉及一种新的氦气/氩气混合物,特别是由林德为该项目创建的,以使过程更平滑和清洁,同时使用林德的ADDvance O2 precision。除了新的混合气体,ADDvance O2 precision将为3D Medlab提供精确的颗粒控制,以控制打印室内的氧气浓度和湿度水平。

在任何添加剂制造印刷过必威手机注册程中,喷粉残渣或未熔合的粉末会在被印刷的部件上堆积。从孔洞、空腔和晶格结构中去除粒子,对于形状复杂的小而复杂的零件和组件来说是一个特别的挑战,特别是熔化的金属残渣需要具有潜在破坏性的高温。根据所涉及的应用,可以采用多种不同的表面处理方法来去除或降低增材制造零件的表面粗糙度,包括桶形加工、磨料流加工、等离子抛光、微加工和电化学抛光。必威手机注册

Linde开发了一种更可控的温和清洁的解决方案 - 对医疗级植入物和设备特别重要。橡皮龙龙琴技术通过膨胀液体二氧化碳(CO 2)并使用压缩空气将颗粒加速到声速,将其产生干冰颗粒或“雪”,以将粒子延伸到待清洁的表面上。清洁效果依赖于闪光冷却,动能,脆化和气体冲击。如果需要,可以将另一种研磨剂加入到干冰颗粒中以除去更顽固的粉末残余物。

未来是什么样子的

全球寿命更大的寿命可能会看到定制医疗器械的显着增长,特别是政府和医疗保健机构在符合安装成本的压力下发现自己。减少病人留在医院,更好的整体结果继续上升医疗保健议程。

虽然降低成本和恢复时间一直是关键驱动因素,但它的个性化可能主要支持使用适用于植入物和医疗装置的添加剂制造。必威手机注册In addition to overall better assimilation to a patient’s body, the future will see several upcoming, cutting-edge technologies being integrated into additive manufacturing developed parts, including embedded sensors to enable remote medical examinations of patients, as well as highly customized aesthetic characteristics such as matching skin colors and even body art. Additionally, additive manufacturing technologies are allowing the embedment of innovative stretching and expansion of medical devices, which could have significant benefits for children and younger adults.

进一步的发展可能是内部“护理点”增材制造的增长,医疗机构将有能力就地打印植入物和设备。必威手机注册

然而,这些机会将在很大程度上取决于大气气体在原材料开发、储存、核心印刷工艺和整理过程中通常不可见但至关重要的作用。

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皮埃尔的照片Forêt

皮埃尔Foret

Pierre Forêt是林德的添加剂制造负责人必威手机注册,也是优化添加剂制造工艺的气体技术领域的领先专家。他于2009年加入林德,目前在慕尼黑负责添加剂制造的研发,领导一个专门的团队开发创新解决方案,以克服这种不断发展的制造方法所面临的挑战。皮埃尔是一名法国国民,拥有法国欧洲材料学院(EEIGM)材料科学硕士学位。
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