证明金属 AM 可以生产与骨骼一样好的脊柱植入物
用雷尼绍 RenAM 500M 打印的脊柱植入物作为可行性论证的一部分全球工程公司雷尼绍与两个创造性的技术问题展示了金属增材制造 (AM) 如何制造模仿骨骼机械特性的轻型脊柱植入物。
合作伙伴之一的角色，制造研究组织爱尔兰制造研究 (IMR) )，是使用另一个合作伙伴 nTopology 的软件来设计和制造植入物。雷尼绍 RenAM 500M 金属增材制造系统打印了一系列具有代表性的钛脊柱植入物，针对颈椎（c 脊柱）。
研究确实表明，增材制造可以生产出具有传统技术无法实现的特性的植入物传达国家制造方法。
展望未来
位于都柏林的 IMR 为爱尔兰制造公司提供支持，为下一代数字制造做好准备。生产医疗设备是爱尔兰的一个普遍行业，IMR 与许多公司合作，研究 3D 打印医疗设备可以实现什么。
nTopology 位于纽约，为先进制造开发设计工程软件。 nTopology 的软件平台支持创建复杂的、性能驱动的设计，充分利用增材制造的功能。
nTopology 的平台支持在软件中捕获工程工作流程、制造流程和知识，使用户能够创建定制工作流程以满足他们的具体要求。
患有各种疾病（包括退行性椎间盘疾病、疝气）的患者需要脊柱植入物来恢复椎间高度椎间盘突出、脊椎前移、椎管狭窄和骨质疏松症。
现有方法的挑战
传统的制造技术无法生产具有格子结构的脊柱植入物，这种结构提供了高表面积以鼓励成骨细胞迁移到植入物中，以及优化多孔体积的机械性能以满足所需负载条件的能力。
IMR 确定金属 AM 是制造针对骨整合优化的晶格结构的合适方法。然而，必须确定最合适的设计软件和 AM 机器。
“AM 硬件的功能发展迅速，现在已经超过了传统设计工具的功能，”nTopology 业务开发总监 Duann Scott 解释说和伙伴关系。 “nTopology 成立于 2015 年，当时创始人意识到没有软件可以设计 AM 能够生产的复杂几何形状。
两个格子设计，贯穿始终植入物，以橙色突出显示。“为了实现从设计到制造的顺畅增材制造工作流程，硬件和设计软件需要有效沟通，”Scott 继续说道。 “在生产脊柱植入物时，从设计软件到增材制造机器的轻松转换尤为重要，因为中间阶段和信息传输为发生错误和不一致提供了机会。”
增材制造解决方案
雷尼绍、IMR 和 nTopology 联手生产使用增材制造整合晶格结构的脊柱植入物。植入物类型的项目名称是前牙、颈椎、椎体间装置或 ACID。
首先，IMR 创建了一个设计范围，以确定 AM 提供的改善患者疗效的独特机会欧姆斯。然后，nTopology 提供了设计脊柱植入物复杂几何形状所需的软件，并使用雷尼绍的 RenAM 500M 机器制造植入物。
IMR 进行了广泛的研究，以确定适合特定情况和负载的尺寸植入物在日常生活中以及在跑步或跳跃等极端情况下必须承受的条件。该数据与已知需要脊柱植入物的疾病患者骨骼的已知材料特性相结合。
然后，这三家公司共同设计了该设备的机械特性，这在很大程度上是晶格结构中使用的晶胞几何形状的函数，以实现更接近人体骨骼的机械性能，并优化骨整合的多孔晶格。
一旦确定了植入物的设计参数， IMR 使用 nTop 平台生成设计文件。 n拓扑和Renishaw 密切合作以确保他们的产品兼容，以便设计可以从 nTop 平台无缝转换到 RenAM 500M。
IMR 随后使用 RenAM 500M 使用 23 级钛 (Ti 6Al-4V ELI）。该公司进行了一系列测试，以证明该设备符合美国食品和药物管理局要求的标准规范中最相关的元素。对化学性能进行了测试，以确保它们分别符合 ASTM F136 和 ASTM F3302、用于骨科植入物的锻造 23 级钛的标准规范和通过粉末床熔合增材制造钛合金的标准规范。
多孔结构的机械性能根据 ISO 13314 进行表征，ISO 13314 是一种用于确定多孔金属材料的压缩性能和失效模式的测试方法。最后，测试确保符合 ASTM 1104 和 ASTM 1147，标准测试 m证明多孔结构不会从设备的固体表面分层的方法。
由 nTopology Element 启用晶格创建。“为了证明概念，我们在 RenAM 500M 构建板上制作了 witness coupon 并进行了破坏性测试优惠券，”IMR 高级研究工程师 Sean McConnell 解释说。 “我们这样做是为了确定植入物的化学、冶金和机械性能。”
结果
RenAM 500M 用于制造原型和最终植入物，因此该程序不必为不同的机器翻译。这种简化的工作流程将为医疗设备制造商节省大量成本和时间。
“两年前，IMR 中的增材制造是不存在的，”麦康奈尔解释道。 “感谢雷尼绍在开发脊柱植入物以及开展其他项目方面提供的所有支持，我们提高了员工的技能，现在在增材制造领域站稳了脚跟。
“我们一直能够将从雷尼绍获得的增材制造知识传授给我们的客户，”McConnell 补充道。 “我们正在与以前担心与 AM 知识差距相关的风险但现在正在使用 AM 设备建立信心的公司合作。
“我们一起设计了一组实验，产生了最合适的产品的参数设置。结果，我们将关键特征所需的后处理量减少了十分之一，”McConnell 说。
“IMR 有助于将先进的制造技术引入爱尔兰工业，”Ed 解释说雷尼绍医疗和牙科产品部营销经理 Littlewood在。 “该公司的设计专业知识和研究严谨性使得能够生产具有代表性的脊柱植入物，这些植入物展示了 AM 改变医疗保健的潜力。”
除了展示 AM 生产脊柱植入物的能力外，这项研究还表明通过在早期阶段考虑增材制造设计 (DfAM)，可以减少对支撑的依赖，从而减少精加工操作。
“脊柱植入物项目让我们加深了对医疗器械生产和加工的理解AM 机器的功能，”Scott 解释说。
“这使我们能够开发我们的设计软件，以便它可以用于推动先进制造技术在医疗设备中的应用。
“在调整软件以满足 RenAM 500M 的要求方面涉及大量的试验和错误，”Scott 补充道。 “然而，雷尼绍的工程师制造了e 整个过程流畅高效。像这样的项目通常需要数年时间，但 nTopology、雷尼绍和 IMR 之间的出色合作意味着我们可以在几个月内完成研究。
“我们将继续与雷尼绍密切合作，以确保公司能够访问 AM 技术。我们希望在先进制造业中鼓励更广泛的合作，”Scott 说。
