Medtec China论坛分享丨关于3D打印医疗器械的技术创新，听通快这样如是说……

6月1日至3日，第十七届Medtec China暨国际医疗器械设计与制造技术展览会在苏州国际博览中心馆举行。本次展会不仅为展商与客户之间搭建线下对话平台，同时也邀请了众多行业专家和企业高管解读医疗器械行业的最新发展趋势。从法规政策解读到设计生产，再到精密加工设备和全生命周期管理，为现场观众带来不少“干货”分享。本期内容为大家呈现内容来自通快。

在“3d打印材料及技术在医疗器械领域中的应用”技术论坛上，来自通快中国的3D打印技术经理李忠轮为现场观众带来了《3D打印医疗器械的技术创新和应用案例》主题演讲，分享了有关通快当前在3D打印领域的最新技术和应用案例。

通快中国3D打印技术经理李忠轮

演讲内容围绕三个部分展开，主讲人从通快在增材制造领域的发展开始，逐渐谈到当今增材制造在医疗行业的典型应用，最后结合公司近年来在增材制造领域的技术创新，展望未来医疗行业的趋势变化。今年是通快集团成立100周年。早在1999年，通快就与德国弗劳恩霍夫激光技术研究所一同开发3D打印技术，并在2003年至2006年间推出了第一代金属3D打印设备。

2004年，通快与POM公司合作共同研发了第一台激光熔覆设备，并在2008年将熔覆包集成到三维切割和焊接设备中，实现“一机三用”。2014年，公司与意大利Sisma成立合资公司并于2021年底完成全部收购，加快了在增材制造领域的投入和拓展脚步。当前，通快针对3D打印领域推出5种不同型号的设备，从TruPrint 1000到TruPrint 5000 Green，适用不同的加工场景。

经介绍，通快的3D打印设备主要基于两种工艺，一是同轴送粉（激光金属熔覆），二是铺粉式3D打印（激光选区熔化）。两种工艺各有优势，激光熔覆适合表面修复，3D打印更适合嫁接。从加工效率上比较，熔覆的优势更大，但精细度没有3D打印高。

激光金属熔覆（图片来源：通快中国）

激光选区熔化（图片来源：通快中国）

除硬件设备外，通快推出的实时监控模块不仅可以对加工过程中的基本参数（氧含量、湿度、温度、惰性气体消耗量）进行监控外，还对粉床和熔池进行实时监控，确保设备长期处于稳定运行状态。每层打印后的照片拍摄都要进行灰度对比，以此判断粉床的实时状态，是否出现供粉不足或者零件有曲翘，这些数据信息可在设备的人机界面上有所体现。

对于熔池监控，通快的技术是通过两个发光二极管跟着振镜进行同轴数据采集，激光走过的任何路径都可以实时采集温度值，再配合OPC UA功能在定制化软件中得到3D打印零件的热力图，从而获得零件是否产生过热，是否有设计缺陷，支撑件是否有缺陷等重要信息。

当前，3D打印技术集成了计算机辅助设计、材料技术、激光技术、数控技术，是一个将特定材料通过特定方式累积、堆积压成的过程。相比等材或减材制造，3D打印最明显的优势在于可以打印结构复杂的零件而无需事先准备模具，给企业节省了成本。

TruPrint 2000

过去几年，3D打印技术在医疗行业的成熟应用有植入体。患者在医院通过CD扫描或者核磁共振生成大量数据信息，再通过医疗的逆向软件就能生成可支持3D打印的数据，经过修改后就可以直接3D打印。

有了可实现定制化的数据支撑，在设计时就能在植入器件表面设计经络结构和派生多边形结构，得以让组织可以自然生长到植入体里，提高安全性和稳定性。传统助听器由于加工步骤繁琐和复杂，通过3D打印可以简化工艺流程和实现定制化。目前，通快的3D打印技术可以实现抗耵聍钛合金定制助听器，壁厚最小可达0.4mm，完美解决小耳道和精度等问题。

主讲人表示，除了医疗行业的植入体外，未来3D打印技术还有其他发展空间，比如零件设计、成本节约和新材料的开发。在非晶态金属方面，通过与德国公司研发，通快在现有的设备基础上研发了锆基的非晶材料，包括锆、铝、铜、铌等。非晶是指熔体在超快极冷凝固过程中，原子来不及进行有序的排列结晶。

TruPrint 2000使非晶合金的工业加工成为可能（图片来源：Heraeus AMLOY）

与晶态金属相比，非晶态金属的最大特点是没有明显的晶界和晶粒，从而让这种金属有很好的刚度，有很好的拉伸度和屈服，耐摩擦、耐腐蚀。3D打印又是一个快速熔化快速冷却的过程，因此也非常适合非晶金属加工。

通快在增材制造领域的另一大创新是基板预热功能。之所以开发这项功能，是因为在过去的3D打印过程中，经常会出现零件开裂，零件与基板开裂或者零件与支撑开裂，所有的开裂都会导致打印失败。当打印过程中残余应力超过了零件本身的屈服值时，零件就会产生开裂。

主讲人解释说，有些时候，零件虽然没有出现宏观层面的开裂，但在做金相分析时会发现有非常多的微裂纹。微裂纹会导致零件的疲劳性能降低。微裂纹的产生多半是由于零件自身的碳含量或者其他敏感元素的含量过高所导致。通过对比实验发现，对基板进行预热并随着温度的提升，可以让由残余应力造成的变形减少90%以上。

当前客户在使用3D打印时，往往会考虑如何才能节省成本，如何让后处理变得更加简便。同样经过对比实验，当基板温度达到500℃时，就不再需要块支撑结构而采用了线支撑，降低了在后处理中去除支撑件的时间，支撑件的重量也下降了不少，让整体的后处理过程变得简便而快速。

另外，通过基板预热功能，通快还实现了叠层打印，从而可以有效替代过去的电子束叠层打印，同时还可以提高结构件的精度。500℃的温度也不会产生粉末结块的问题。