3D打印定制人體鈦合金骨骼制造專家李志疆，北醫(yī)三院脊椎移植，瑞典Arcam EBM

【南極熊深度技術(shù)分析】8月18日，央視報(bào)道了[視頻]3D打印定制人體骨骼。南極熊看了這個(gè)視頻，雞凍了老半天：3D打印大有可為啊。這所醫(yī)院是北大醫(yī)院第三醫(yī)院，3D打印定制人體鈦合金骨骼制造專家李志疆。在南極熊看來，3D打印定制人體鈦合金骨骼制造的步驟可以看做：通過CT或者M(jìn)RI數(shù)據(jù)3D掃描人體骨骼，得到病變部位的三維數(shù)據(jù)→建立病變部位的取代模型→用金屬3D打印機(jī)打印出多孔的鈦合金移植骨骼→進(jìn)行手術(shù)移植。其重點(diǎn)是建立骨骼模型和3D打印出來。

     電子束熔融快速成型技術(shù)（EBM RP）是一種新型金屬粉末快速成型技術(shù)，它具有精準(zhǔn)、復(fù)雜成型的特點(diǎn)，已在航空航天、汽車和醫(yī)療植入器材等領(lǐng)域顯示獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),電子束熔融快速成型技術(shù)用于骨科植入物時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)秀的產(chǎn)品性能、個(gè)性化定制能力，尤其是誘導(dǎo)骨長入能力。
    其中用到的3D打印機(jī)非常昂貴，南極熊在視頻中認(rèn)出，這是來自美國一個(gè)廠商的機(jī)器。這個(gè)機(jī)器使用的是電子束熔融3D打印技術(shù)，并在全球范圍內(nèi)屬于這個(gè)技術(shù)的領(lǐng)先者。它是來自的瑞典Arcam AB公司。
    瑞典Arcam AB公司發(fā)明了世界首臺(tái)利用電子束來熔融金屬粉末，并經(jīng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的精密鑄造成型機(jī)新設(shè)備。它能用于加工專為病人量身定做的植入手術(shù)所需的人工關(guān)節(jié)或其它精密部件等。該機(jī)器系利用電子束將鈦金屬的粉末在真空中加熱至熔融，并在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)下精確成型（如制成鈦膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)等等）。由于鈦粉末在真空中熔融并成型，故可避免在空氣中熔融所帶來的氧化缺陷等質(zhì)量事故。
    此外，因該機(jī)采用了專利技術(shù)保護(hù)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，故產(chǎn)品的幾何尺寸非常精確，而且可為每位病人量身定做特殊零件�，F(xiàn)該機(jī)已在美國投入使用。
    Arcam提供了一個(gè)獨(dú)特的添加劑制造技術(shù)生產(chǎn)的全致密的金屬部件，電子束熔煉（EBM）。技術(shù)構(gòu)建零件層金屬粉末層使用功能強(qiáng)大的電子束。工藝是在真空中進(jìn)行的，一流的材質(zhì)特性允許在高溫下，機(jī)械和化學(xué)。Arcam成立于1997年，上市納斯達(dá)克OMX斯德哥爾摩，瑞典。
     Arcam誕生以來，目標(biāo)仍然是相同的：復(fù)雜零件的制造帶來革命性的藝術(shù)。技術(shù)的深入研究和發(fā)展的結(jié)果，具有廣泛的應(yīng)用在醫(yī)療植入產(chǎn)業(yè)，航空航天和國防行業(yè)。除了工業(yè)應(yīng)用的EBM;技術(shù)用于非�；钴S的學(xué)術(shù)研究也是一個(gè)平臺(tái)。
     Arcam的EBM機(jī)，輔助設(shè)備，軟件，粉末金屬，服務(wù)和培訓(xùn)，以支持客戶提供了一個(gè)完整的產(chǎn)品組合。

    Arcam今天有大約80臺(tái)安裝在世界各地。該系統(tǒng)主要用于航空航天和植入應(yīng)用。
EBM 3D打印人體骨骼更多的好處：

• 幾何的自由，允許特定病人的植入物
• 單步驟生產(chǎn)的的固體和多孔部分（骨小梁結(jié)）
• 固體和多孔質(zhì)部結(jié)構(gòu)之間的連續(xù)性
• 全多孔植入物（增強(qiáng)，楔子，輪子等等當(dāng)中，塊等）
• 的可能性優(yōu)化生物靈活性，模擬骨的靈活性
• 無高溫過程中，可能會(huì)導(dǎo)致晶粒長大，需要獲得的骨小梁結(jié)
  

目前可用材料

• Ti6Al4V
• Ti6Al4V ELI
• 鈦粉 Commercially Pure, Grade 2
• CoCr, ASTM F75
  

研發(fā)中的材料

• Inconell – 718, 625
• Beryllium/AlBeMet
• GRCop-84
• TiAl
• MMC’s
• Stainless Steels - 316L, 17-4PH
• Gradient Materials
• Aluminium Alloys
  

從2007開始帶有小梁結(jié)構(gòu)的髖臼杯通過CE認(rèn)證 ， 從2010開始植入物通過FDA認(rèn)證 ，超過30,000個(gè)杯進(jìn)行植入，全球生產(chǎn)的具有高級(jí)多孔結(jié)構(gòu)表面的杯25%是采用 EBM系統(tǒng)3D打印出來的。

在這個(gè)視頻中，北京愛康宜誠醫(yī)療器材股份有限公司的鈦合金骨骼制造專家李志疆也出現(xiàn)了。南極熊推測(cè)，這是由于這個(gè)醫(yī)療儀器公司購買了一臺(tái)電子束熔融3D打印機(jī)，幫醫(yī)生把骨骼打印出來。具體材料型號(hào)為鈦合金Ti6Al4V 骨科植入物。

李志疆在一篇論文中可以看到，金屬假體的孔隙率及彈性模量完全由設(shè)計(jì)決定，這事實(shí)上，EBM態(tài)Ti6Al4V力學(xué)性能已達(dá)到飛機(jī)鍛造水平，一些特性為骨科植入物的輕量化以及生物固定提供了原件的水平。凝固技術(shù)中晶粒細(xì)小的特征， 晶粒越細(xì)小產(chǎn)生的晶界Ti6Al4V是使用最為廣泛的鈦合金之一，也是骨科植 越多， 而晶界不但可以阻礙滑移還能夠阻礙裂紋的擴(kuò)入物常用材料，有70年以上的臨床成功應(yīng)用歷史，其 展，隨著晶界數(shù)量的增多，在每一晶界處的應(yīng)力集中力學(xué)及生物學(xué)性能已得到廣泛的認(rèn)可。 就更小。因此細(xì)化晶粒不僅可以提高金屬材料的強(qiáng) EBM RP技術(shù)在金屬骨科植入物的應(yīng)用始于對(duì)度，同時(shí)還可以提高其韌性.

事實(shí)上，3D打印鈦合金人體植入物，中國的研究已經(jīng)很久了，并且水平在全球來說都屬于領(lǐng)先。但是由于國家相關(guān)部門審批不通過，而不可以 應(yīng)用于臨床應(yīng)用，技術(shù)就只好憋著。令南極熊無可奈何的是，事實(shí)上，中國也還有其他很多科技研究成果，由于國家審核對(duì)新的東西很難接受，一般都是先看看國外弄得怎么樣，然后 再?zèng)Q定是否應(yīng)用于國內(nèi)，減少創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)，就像很多人罵騰訊抄襲一樣，騰訊也是看到別人的一些模式可行了，然后就自己也做出來，難以承受創(chuàng)新失敗的風(fēng)險(xiǎn)，不過，好在騰訊近年來開始從內(nèi)部開始不斷創(chuàng)新。中國的創(chuàng)新，相信也會(huì)逐漸開放。

歡迎與南極熊交流3D打印在醫(yī)療上的應(yīng)用。

誰來當(dāng)?shù)谝粋�(gè)小白鼠

話說可以直接做人骨
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