Доступная 3D-печать по технологии SLS для создания протезов с учетом индивидуальных особенностей пациентов

Компания Partial Hand Solutions привержена развитию новых технологий для пациентов с ампутированными конечностями всех возрастов. С момента своего основания в 2007 году компания предоставляла функциональные решения для многих солдат, находящихся на действительной службе, и других людей с частично ампутированными кистями рук и пальцами, а также для детей, нуждающихся в более сложных протезах.

Основатель компании Мэтью Микош создает протезы с учетом индивидуальных особенностей пациентов уже давно, но до недавнего времени ему не удавалось решить одну принципиально важную проблему: как изготавливать прочные индивидуальные протезы по доступной цене. 

Последние два года Мэтью пользовался услугами сторонних компаний по литью под давлением, чтобы предоставлять протезы пальцев людям любого возраста для повышения их их мобильности и расширения функциональных возможностей. Но каждый пациент уникален, а модели, которые создаются сторонними компаниями, доступны только в одном из пяти размеров, и срок их поставки составляет до двух недель. 

Основатель компании Мэтью Микош хочет предложить пациентам продукцию, которая сейчас для них недоступна, предоставляя решения, учитывающие индивидуальные потребности. Чтобы добиться этой цели, он какое-то время изучал разные технологии: от устройств для литья под давлением до 3D-принтеров с технологией стереолитографии (SLA) и моделирования методом наплавления (FDM). Мэтью всегда интересовался 3D-печатью моделей из нейлона по технологии селективного лазерного спекания (SLS), но из-за их высокой стоимости он не мог по-настоящему с ней экспериментировать. 

Недавно у Мэтью появилась возможность опробовать новый принтер Fuse 1 с технологией SLS компании Formlabs, а также станцию постобработки Fuse Sift, которая открывает новые перспективы для создания индивидуальных протезов по гораздо более доступной цене. «Мне всегда хотелось приобрести принтер с технологией SLS, но это было невозможно из-за его высокой стоимости. Fuse 1 — это идеальный выбор для компаний малого бизнеса, таких как Partial Hand Solutions».

Определения

Селективное лазерное спекание — это технология аддитивного производства, в которой используется лазер для спекания порошкообразного пластикового материала в твердую структуру на основе 3D-модели.

Fuse 1 — это доступный 3D-принтер с технологией SLS промышленного уровня от компании Formlabs, который гарантирует конкурентоспособное качество печати, обладает малыми размерами и обеспечивает простой рабочий процесс. 

Fuse Sift — это станция восстановления порошка для Fuse 1, которая используется для извлечения моделей из рабочей камеры, их очистки, просеивания неспекшегося порошка и его переработки.

Благодаря Fuse 1 и Fuse Sift у Мэтью наконец появилась возможность создавать высокоэффективные протезы, напечатанные на 3D-принтере, с учетом индивидуальных особенностей пациентов. Впервые он может печатать легкие, прочные и долговечные модели по цене, доступной для малого бизнеса. 

Что выделяет 3D-принтер Fuse 1 с технологией SLS на фоне других принтеров SLS, которые Мэтью использовал раньше? Мэтью определил два основных преимущества:

  1. Эффективный рабочий процесс, который дает возможность сократить затраты и максимально увеличить время на проектирование.

  2. Высококачественные модели, которые позволяют его небольшому предприятию создавать уникальные, долговечные и индивидуальные протезы.

Часть 1.Рабочий процесс печати по технологии SLS

«Fuse 1 и Fuse Sift крайне эффективно работают совместно — это именно то, чего ожидаешь от инструментов такого уровня».

Мэтью Микош

Комбинация Fuse 1 и Fuse Sift Мэтта

Как и многие другие квалифицированные специалисты по проектированию, Мэтью методично подходит к размещению оборудования в своем офисе. Эффективные рабочие процессы крайне важны, поскольку они уменьшают напрасную трату времени и вероятность получения неудовлетворительных результатов. Но самое главное, они позволяют ему сосредоточиться на проектировании, а не на очистке моделей от остатков материала.

Fuse 1 и Fuse Sift были созданы для совместной работы. Компания Formlabs разрабатывает процессы аддитивного производства, которые делают 3D-печать промышленного качества доступной для предприятий любого размера. Тесный союз Fuse 1 и Fuse Sift — это результат многих лет проектирования и испытания продукции, благодаря которому удалось обеспечить самый простой и эффективный процесс печати по технологии SLS на рынке. 

При создании детских протезов для пальцев рук M Finger Мэтью выполняет следующие действия:

  1. Подготовка файла в PreForm. У Мэтью есть два настольных стереолитографических принтера Form 2, с помощью которых он создает прототипы, поэтому он обладает обширным опытом использования программного обеспечения для подготовки к печати PreForm для принтеров Formlabs. Программное обеспечение PreForm разрабатывалось с учетом простоты использования, а предыдущий опыт Мэтью еще больше облегчил эту задачу: «Даже если вы раньше не пользовались принтером Formlabs, Preform действительно просто настроить. Оно позволяет легко подготовить файл для печати».

  2. Подготовка Fuse 1. В Fuse 1 добавляют порошок и вставляют чистую оптическую кассету. На сенсорном экране Fuse 1 отображается встроенный контрольный перечень действий по подготовке к печати с письменными и визуальными пошаговыми указаниями по каждой процедуре. «Я осуществил процесс печати несколько раз, и указания стали больше не нужны. После выполнения всего нескольких задач печати я освоился с принтером».

  3. Просеивание порошка после печати моделей. Fuse Sift автоматически дозирует и смешивает использованный и новый порошок, тем самым позволяя уменьшать объем отходов и регулировать подачу порошка. С помощью Nylon 12 Powder можно создавать прочные, полностью функциональные модели с коэффициентом обновления материала 30 %. Это означает, что для печати можно использовать до 70 % восстановленного порошка. «Fuse 1 и Fuse Sift великолепно спроектированы. Возможность извлечь модели из устройства, сделать пару шагов и очистить их в Fuse Sift — это просто потрясающе».

  4. Покраска и сборка моделей. Модели можно окрашивать распылением или другим методом, лакировать, покрывать электролитическим или другим способом для получения нужного цвета, качества поверхности и свойств, например, водонепроницаемости (специальное покрытие) и электропроводности (электролитическое покрытие). Мэтью помещает протезы пальцев M Finger в раствор профессиональной краски с теплой водой, перемешивая его в течение 10 минут. Благодаря этому его модели приобретают красивую черную поверхность.

Процесс создания детских протезов M Finger (высокопрочные управляемые протезы пальцев рук, выполненные с учетом индивидуальных особенностей пациентов), от программного обеспечения до печати и постобработки, позволяет Мэтью самостоятельно изготавливать высококачественные протезы для конечного пользования с помощью одного принтера всего за пару дней. 

Для компаний малого бизнеса очень важную роль при печати по технологии SLS играет возможность перерабатывать порошок. Принтер Fuse 1 был спроектирован с тщательным вниманием к деталям. Он обеспечивает максимальную производительность с наименьшей себестоимостью одной модели благодаря рабочей платформе, на которой можно плотно разместить модели, чтобы добиться наибольшей эффективности в каждом цикле печати. 

Fuse 1 и Fuse Sift обеспечивают бесперебойную печать партии за партией. 

Часть 2.Преимущества моделей из нейлона

Мэтью смог полностью отказаться от услуг сторонних компаний, выполняющих литье под давлением, благодаря одному 3D-принтеру Fuse 1. Этим он, в частности, обязан способности Fuse 1 эффективно печатать высококачественные модели.

Мэтью отметил, что модели из нейлона, создаваемые с помощью Fuse 1, обладают четырьмя основными преимуществами:

  1. Низкая стоимость материалов. Нейлон — это доступный материал, а Fuse 1 оптимизирован для печати с использованием переработанного порошка для сокращения количества отходов. «Нейлоновый порошок показался мне дорогим, но когда я рассчитал затраты на изготовление одной модели, стоимость протезов пальцев оказалась доступной».

  2. Расширенные возможности проектирования. Порошок поддерживает модели во время печати, поэтому специальные поддерживающие структуры не требуются. Это позволяет легко создавать нависающие элементы, замысловатые геометрические формы, взаимосоединяющиеся части, внутренние каналы и другие сложные детали. «Самое важное то, что благодаря Fuse 1 я смог расширить свои возможности по проектированию будущих изделий. Теперь я думаю о том, как улучшить свою работу и повысить результативность обслуживания пациентов».

  3. Высокая производительность и эффективность. Селективное лазерное спекание — это самая быстрая технология аддитивного производства для изготовления функциональных, долговечных прототипов и изделий для конечного использования. Плотное размещение большого количества моделей во время печати максимально увеличивает доступное рабочее пространство. «На печать полной рабочей платформы принтеров требуется всего два дня. Ранее мне приходилось неделями ждать, пока я получу свои модели, отлитые под давлением».

  4. Проверенные материалы для конечного пользования. Нейлон, используемый для печати моделей на Fuse 1, — это проверенный термопластичный материал высокого качества. Он обладает механическими свойствами, которые сопоставимы с показателями изделий, изготовленных с помощью традиционных методов производства, таких как литье под давлением, или с помощью дорогостоящих устройств с технологией SLS. «Раньше я использовал принтер с технологией SLS компании HP. Модели на Fuse 1 получаются такими же качественными, как на принтере HP, если не лучше».

Протез M Finger: исключение необходимости в постобработке

Протезы M Finger — это флагманская продукция компании Partial Hand Solutions. Изначально они разрабатывались для солдат, вернувшихся из Афганистана.

Располагая подвижные части с минимальным расстоянием между ними, Мэтью может печатать функциональные суставы почти без постоработки. Мэтью заявил: «Это поможет мне сократить время сборки в будущем, так как эти части будут двигаться, как задумано, с минимальным люфтом. Я впечатлен возможностью печатать функциональные суставы. Мне больше никогда не придется снова привлекать для этого сторонние компании». Такой вид предварительной сборки, при котором можно печатать функциональные суставы, возможен только с помощью технологии SLS. Он позволяет полностью обойтись без постобработки, которая раньше требовалась Мэтью, когда он пользовался услугами сторонних компаний. 

Fuse 1 обладает компактными размерами и не занимает много места, но вначале Мэтью не был уверен, что он сможет печатать на нем нужное количество моделей. По мере размещения моделей в рабочей камере он понял, что компактный внешний вид Fuse 1 оказался обманчивым. «На первый взгляд мне показалось, что рабочий объем Fuse 1 слишком маленький. Но в нем можно разместить действительно много моделей. Я могу напечатать 160 пальцев за два дня. Это просто потрясающе».

Мэтью не стоит на месте и постоянно создает новые проекты пальцев, чтобы улучшить протезы M Finger. Он считает, что собственная 3D-печать по технологии SLS открыла возможности применения новых методов, с помощью которых он сможет изготавливать потрясающие протезы для будущих пациентов. 

Замена углеродного волокна: гильза

Протез пальца крепится к гильзе 

Как указано выше, палец Titan крепится к напечатанной на 3D-принтере гильзе, которая соединяется с телом пациента. Помимо пальцев, гильза позволяет крепить и другие виды протезов, такие как захваты. Обычно для изготовления гильз Мэтью использовал углеродное волокно, которое стоит дорого и требует кропотливой работы. 

Теперь можно самостоятельно создавать широкий спектр гильз по доступной цене даже с учетом индивидуальных особенностей и потребностей пациентов. Но самое главное, что по сравнению с моделями из углеродного волокна такие гильзы сохраняют свое качество и работоспобность, и их можно непосредственно предоставлять пациентам как изделия для конечного пользования. Мэтью отметил: «У этих моделей, напечатанных на Fuse 1, я совсем не замечаю линий слоев. Я соблюдал рекомендуемые допуски и был потрясен получившимися моделями. Качество поверхности гильзы исключительное. Я был по-настоящему впечатлен и обрадован общим качеством модели. Такие модели можно использовать сразу после печати на принтере». 

Печать крупных моделей: локоть

Юным пациентам, нуждающимся в протезах, часто приходится довольствоваться моделями, созданными для взрослых. Эти модели могут быть слишком тяжелыми для детей, пока они не достигнут соответствующего возраста. 

Мэтью спроектировал локоть и плечо для 10-летнего мальчика из нейлоновых моделей, созданных на Fuse 1, которые обеспечивают скользящее и возвратно-вращательное движение после сборки. Несмотря на свой размер, плечо сохраняет качество, которое можно ожидать от моделей, напечатанных на Fuse 1 из нейлона. Учитывая размер модели, Мэтью обнаружил, что плечо еще проще очищать в Fuse Sift, чем пальцы, из-за меньшего количества маленьких зазоров и остающегося порошка. Хотя печатать локоть дольше, чем более мелкие модели, Мэтью заявил: «С учетом большого размера модели время печати оптимальное».

3D-принтер Fuse 1 с технологией SLS для медицины

Компания Formlabs рада предложить 3D-принтер Fuse 1 с технологией SLS, а также станцию восстановления порошка Fuse Sift, которые позволяют предприятиям любого размера сократить расходы на привлечение сторонних компаний, а также сроки выполнения заказов. Управляйте всем процессом разработки продукции, от итераций по созданию первого концептуального проекта до производства готовых к использованию, биосовместимых, допускающих стерилизацию изделий из материала Nylon 12 Powder промышленного качества. Высокоэффективная 3D-печать наконец становится доступной благодаря Fuse 1 — недорогому 3D-принтеру с технологией SLS, обладающему малыми размерами и обеспечивающему простой рабочий процесс.

Вне зависимости от того, печатаете ли вы протезы с учетом индивидуальных особенностей пациентов, прототипы медицинских изделий или хирургические инструменты, Fuse 1 делает высококачественную 3D-печать в медицине доступной, позволяя создавать действительно персонализированную продукцию для пациентов. Преимущества Fuse 1 превзошли первоначальные ожидания Мэтью, и в конечном итоге он заявил: «Мне очень нравится это оборудование. Благодаря Fuse 1 и Fuse Sift все становится проще. В общем, я ставлю Fuse 1 пять баллов из пяти».

Если вы готовы лично опробовать технологию SLS и оценить работу принтера Fuse 1, свяжитесь с нами, и мы отправим вам бесплатный образец из материала Nylon 12 Powder. 

Узнать больше: Fuse 1