陶瓷增材制造面臨的挑戰(zhàn)和開創(chuàng)性醫(yī)療應(yīng)用

導(dǎo)讀：高性能3D打印陶瓷作為一種具備廣闊應(yīng)用潛力的材料，其應(yīng)用范圍包括機械、電子、空間和醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域。但是，3D打印陶瓷面臨的挑戰(zhàn)也不容忽視。本文將分析陶瓷增材制造面臨的挑戰(zhàn)和開創(chuàng)性醫(yī)療應(yīng)用，并著重介紹Lithoz公司在3D打印陶瓷中的地位和在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的合作。



陶瓷的應(yīng)用范圍相比金屬等材料來說有限，但是3D打印陶瓷的前景十分“光明”。目前，3D打印陶瓷已成為僅次于金屬和聚合物的第三大材料選擇。但是，從歷史上看，破解增材制造陶瓷的“密碼”一直具有挑戰(zhàn)性。陶瓷在生產(chǎn)過程中需要面臨很多挑戰(zhàn)，首先就是材料的質(zhì)量必須無任何妥協(xié)，這對于功能性3D打印陶瓷來說尤為重要，因為用戶需要材料特性來匹配最終產(chǎn)品。另外，陶瓷本身是一種難以加工的材料，市場上幾乎沒有原始設(shè)備制造商直接加工陶瓷材料，許多制造商做的是大多數(shù)高性能工作，陶瓷零件只要有一個缺陷，那它是無用的。



為了克服這些挑戰(zhàn)，Lithoz首席執(zhí)行官Johannes Homa選擇了3D打印陶瓷，并計劃以質(zhì)量和創(chuàng)新為主導(dǎo)。Lithoz在全球范圍內(nèi)擁有超過140名員工，具有安裝設(shè)施和超過50%的市場份額，是技術(shù)和創(chuàng)新的領(lǐng)導(dǎo)者。陶瓷增材制造是一個相對欠發(fā)達的市場機會，但Lithoz通過不斷提高材料研發(fā)和制造技術(shù)，致力于成為陶瓷行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。



3D 打印陶瓷的實際應(yīng)用
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D打印陶瓷也有著廣泛的應(yīng)用前景。一種重要的應(yīng)用是骨替代材料，Lithoz生產(chǎn)的Lithabone HA 480就是一種具有良好骨傳導(dǎo)性能并且可以定制成形的骨替代材料。這種材料與患者骨骼的化學(xué)性質(zhì)相同，能夠允許骨骼通過其毛孔生長，逐漸取代植入物。



談到 Lithoz 生產(chǎn)的材料，醫(yī)療解決方案總監(jiān) Daniel Bomze介紹了骨替代材料這個聽起來充滿未來感的世界。在醫(yī)學(xué)界，許多情況下都可能需要更換骨骼，例如，頭部外傷伴有腦出血，需要將骨骼切掉。在這種情況下，標準程序是在患者頭部使用金屬板植入物。然而，金屬是一種導(dǎo)熱體，即使是洗個熱水澡也會很痛；甚至暴露在陽光下有時也會導(dǎo)致灼傷。如果給孩子做手術(shù)，隨著孩子的長大，必須更換金屬板，導(dǎo)致手術(shù)創(chuàng)傷更大。所以，急需開發(fā)出一種新材料代替金屬植入物，讓實際的骨骼重新生長。

從本質(zhì)上講，Lithoz 提供了一種與患者骨骼“化學(xué)性質(zhì)相同的合成材料”。隨著時間的推移，植入的 3D 可打印材料或合成骨會溶解并被患者的天然骨材料取代。
Lithoz公司與醫(yī)生合作，不斷改進Lithabone HA 480的壁厚、生物相容性、幾何形狀靈活性以及能夠生長封閉表面等性能，以滿足客戶不斷變化的需求。



●3D打印陶瓷能夠用于腦腫瘤等手術(shù)中的顱骨植入物。顱骨植入物是在切除腫瘤后所必需的，制作它的材料需要使用一種具有良好骨傳導(dǎo)性能并且可以按照缺損形狀（特定于患者）成形，同時具有相互連接的孔隙網(wǎng)絡(luò)的材料是必要的，以便血管可以在內(nèi)部生長，并且骨骼會長入植入物中。 此外，嚴重的腦損傷會因出血、腫瘤或引流受阻而導(dǎo)致腦腫脹。緩解腫脹需要“暫時打開顱骨以釋放壓力。之后，需要用植入物治療人工缺陷。

●此外，3D打印陶瓷能夠應(yīng)用在長骨關(guān)鍵尺寸缺陷的骨置換等醫(yī)學(xué)應(yīng)用中。這個挑戰(zhàn)在于彌合長骨中的臨界尺寸缺陷，例如腿部或手臂，這通常是由外傷引起的，自行愈合會傳聲嚴重的缺陷，導(dǎo)致假關(guān)節(jié)形成。因此，需要骨置換植入物。這里的重點再次放在針對患者的設(shè)計和支架的開放式多孔網(wǎng)絡(luò)上。另一個挑戰(zhàn)是定義兩個骨骼末端的角度，這對于重建和再次充分發(fā)揮作用至關(guān)重要。

總結(jié)
總之，3D打印陶瓷是一種具備廣泛應(yīng)用前景的材料，但是其生產(chǎn)仍然面臨著挑戰(zhàn)。Lithoz公司作為行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，通過不斷提高材料研發(fā)和制造技術(shù)，致力于在3D打印陶瓷領(lǐng)域取得更大的突破。今后，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，3D打印陶瓷的應(yīng)用前景必將越來越廣泛。