脊柱植入體

雷尼紹聯(lián)手兩大創(chuàng)新技術(shù)公司力證：對(duì)于制造質(zhì)量輕巧、接近人體骨骼機(jī)械特性的脊柱植入體，金屬增材制造 (AM) 技術(shù)手到擒來(lái)。

在該項(xiàng)目中，愛(ài)爾蘭的一家制造工藝研究組織 — IrishManufacturing Research (IMR) 公司 — 設(shè)計(jì)并制造了一系列具有代表性的脊柱植入體。IMR公司首先使用nTopology公司的軟件設(shè)計(jì)植入體，然后在雷尼紹RenAM 500M金屬增材制造系統(tǒng)上制造該植入體。

解決方案

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以增加植入體的表面面積，促進(jìn)成骨細(xì)胞遷移到植入體中，并且能夠優(yōu)化多孔體的機(jī)械特性以滿足所需的負(fù)載條件。但是傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝無(wú)法制造具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的脊柱植入體。

雷尼紹、IMR公司、nTopology公司三方精誠(chéng)合作，采用增材制造技術(shù)制造具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的頸椎植入體。該項(xiàng)目制造的植入體稱為頸椎前路椎間盤器械 (ACID)。

首先，IMR公司提出了一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，研究如何利用增材制造技術(shù)幫助改善患者結(jié)局。然后，使用nTopology公司提供的設(shè)計(jì)軟件為脊柱植入體設(shè)計(jì)復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。最后，使用雷尼紹RenAM 500M增材制造系統(tǒng)制造植入體。

IMR公司通過(guò)廣泛研究確定了特定病例最適合的植入體尺寸以及在日常生活中，甚至奔跑或跳躍等劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，植入體必須承受的負(fù)載條件。此外還采集了需要接受脊柱植入體的患者的已知骨質(zhì)特性。之后，三家公司聯(lián)手設(shè)計(jì)了植入體的機(jī)械特性，也就是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)各個(gè)單元格的幾何特征的函數(shù)，以盡可能接近人體骨骼的機(jī)械特性，優(yōu)化多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善骨整合。

植入體的設(shè)計(jì)參數(shù)確定之后，IMR公司使用nTop Platform軟件生成了設(shè)計(jì)文件。然后，nTopology公司與雷尼紹緊密合作，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件互相兼容，從而將設(shè)計(jì)文件從nTop Platform上無(wú)縫傳輸?shù)?span style="font-weight: bolder;">雷尼紹RenAM 500M上。

最后，IMR公司在RenAM 500M上利用Ti 6Al-4V ELI鈦合金（等級(jí)23）制造出植入體原型。

隨后，IMR公司通過(guò)一系列測(cè)試證明了該植入體滿足美國(guó)食品及藥物管理局(FDA) 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格中的所有關(guān)鍵要求。

IMR公司的高級(jí)研究工程師Sean McConnell解釋道：“為了進(jìn)行概念驗(yàn)證測(cè)試，我們?cè)赗enAM 500M的加工托盤上制造了一批參照品，并對(duì)這些參照品進(jìn)行了破壞性測(cè)試，以確定植入體的化學(xué)、冶金和機(jī)械特性?！?/p>

IMR公司的高級(jí)研究工程師Sean McConnell解釋道：“為了進(jìn)行概念驗(yàn)證測(cè)試，我們?cè)赗enAM 500M的加工托盤上制造了一批參照品，并對(duì)這些參照品進(jìn)行了破壞性測(cè)試，以確定植入體的化學(xué)、冶金和機(jī)械特性?！?/p>

結(jié)果

概念驗(yàn)證測(cè)試的結(jié)果表明：傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法制造的脊柱植入體特性可以利用增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)。植入體原型和成品植入體均在RenAM 500M上制成，無(wú)需在不同的機(jī)器之間傳輸加工程序。簡(jiǎn)化的制程可幫助醫(yī)療產(chǎn)品制造商大幅節(jié)省成本和時(shí)間。

除了證明增材制造技術(shù)在制造脊柱植入體方面極具優(yōu)勢(shì)外，該研究還表明：如果在早期階段將增材制造設(shè)計(jì) (DfAM) 納入考量，則可以減少支撐的使用，從而減少精加工操作。

nTopology的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)與合作關(guān)系總監(jiān)Duann Scottt解釋道：“通過(guò)此脊柱植入體項(xiàng)目，我們加深了對(duì)醫(yī)療產(chǎn)品生產(chǎn)和增材制造機(jī)器能力的了解，從而開(kāi)發(fā)出我們的設(shè)計(jì)軟件，為推廣先進(jìn)制造技術(shù)在醫(yī)療產(chǎn)品行業(yè)的應(yīng)用添磚加瓦?！?/p>

▲他補(bǔ)充道：“為了實(shí)現(xiàn)這款軟件與RenAM 500M互相兼容，我們進(jìn)行了大量測(cè)試，解決了不計(jì)其數(shù)的問(wèn)題。而且，在雷尼紹工程師的大力幫助下，整個(gè)過(guò)程得以順利且高效地完成。這樣的項(xiàng)目一般需要耗時(shí)多年，但是nTopology公司、雷尼紹、IMR公司三方精誠(chéng)合作，在短短幾個(gè)月內(nèi)就順利完成了這個(gè)項(xiàng)目。”

Scott總結(jié)：“我們將繼續(xù)與雷尼紹緊密合作，為行業(yè)提供增材制造技術(shù)。我們的目標(biāo)是推動(dòng)行業(yè)展開(kāi)更廣泛的先進(jìn)制造合作?！?/p>