4 manieren waarop 3D-printen de medische industrie transformeert

De medische industrie is een van de snelst groeiende sectoren binnen additive manufacturing en wordt gebruikt voor een scala aan toepassingen, van patiëntspecifieke implantaten tot realistische functionele prototypes en geavanceerde medische hulpmiddelen. En met meer dan 97 procent van de medische AM-professionals die ervan overtuigd zijn dat het gebruik van additive manufacturing zal blijven toenemen (SME's 2017 Medical AM/3DP Survey), heeft de technologie een enorm potentieel op gebieden zoals bioprinting en andere medische toepassingen.

Als onderdeel van onze serie die de impact van additive manufacturing op verschillende industrieën onderzoekt, bekijken we vandaag de huidige toepassingen van 3D-printen in de medische sector en hoe de technologie naar verwachting zal evolueren.

Hoe gebruikt de medische industrie 3D-printen?

Aanpassing

De vraag naar snellere en kosteneffectievere manieren om maatwerk te produceren producten is een van de belangrijkste factoren achter de opkomst van 3D-printen in de medische sector. Dankzij de grotere ontwerpvrijheid en de mogelijkheid om zeer complexe onderdelen en componenten te produceren, biedt additieve fabricage een ideale oplossing voor de behoeften van de medische industrie en verandert daarom de manier waarop medische hulpmiddelen worden gemaakt.

Additieve fabricage vereenvoudigt in de eerste plaats het proces van het ontwerpen en vervaardigen van op maat gemaakte apparaten. Omdat elke patiënt anders is, moeten medische hulpmiddelen, zoals protheses en implantaten, worden aangepast aan de behoeften van de patiënt in kwestie.

Traditioneel is het vervaardigen van complexe medische apparaten een tijdrovend en kostbaar proces geweest, waarvoor dure gereedschappen nodig waren. Met de vooruitgang in additive manufacturing is het nu echter veel kosteneffectiever om complexe medische hulpmiddelen te produceren, aangezien de technologie geen gereedschap vereist. Daarnaast betekent de vrijheid van ontwerp die de AM-technologie biedt, dat het nu mogelijk is om complexe apparaten te produceren die voorheen onmogelijk waren met traditionele productiemethoden.

Sneller speed-to-market

Een ander voordeel van additive manufacturing is de snelheid waarmee onderdelen kunnen worden ontworpen en geproduceerd. Als een 3D-geprint apparaat ontwerpiteraties vereist, kan dit binnen enkele uren worden gedaan, wat resulteert in een aanzienlijk kortere time-to-market voor nieuwe medische apparaten.

Wat het materiaal betreft, kunnen 3D-printsystemen die voor medische toepassingen worden gebruikt, ook een reeks biocompatibele materialen ondersteunen, die bestand zijn tegen sterilisatie door gammastraling en ethyleenoxide. Dergelijke materialen zijn bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij compatibiliteit met menselijk weefsel een noodzaak is, zoals tandheelkundige implantaten. Afdrukken op meerdere materialen is ook een opkomende mogelijkheid en deze methode kan worden gebruikt om realistische menselijke modellen te maken met verschillende materialen die organen, botten en zachte weefsels vertegenwoordigen.

4 use cases voor medisch 3D-printen

1. Medisch onderzoek en ontwikkeling

3D-geprinte prototypes kunnen een grote bijdrage leveren aan medisch onderzoek door realistische anatomische modellen en prototypes te leveren. En aangezien 3D-printen de productontwerpcyclus versnelt, kunnen biomedische ingenieurs nu veel sneller modellen en prototypes maken. Er zijn bijvoorbeeld 3D-geprinte modellen van kankertumoren gemaakt om medische professionals te helpen beter te begrijpen hoe tumoren zich ontwikkelen en verspreiden, en voor het testen van kankermedicijnen. Het machinaal bewerken of spuitgieten van dergelijke prototypes zou onpraktisch zijn, omdat deze technologieën niet dezelfde snelle iteraties, iteraties en complexiteit van het ontwerp kunnen bieden als additieve fabricage.

2. Preklinische testen en planning

Met 3D-geprinte modellen kunnen artsen ook de anatomie van de patiënt visualiseren en complexe pathologieën direct beoordelen, waardoor de uitdagingen van digitale afbeeldingen zonder driedimensionaal realisme worden overwonnen. En dankzij de vooruitgang in 3D-printen met meerdere materialen, kunnen additief vervaardigde modellen gemaakt van verschillende materialen worden gemaakt om kenmerken van menselijke weefsels en botten te repliceren. Deze methode kan chirurgen helpen een operatie van tevoren te plannen en de chirurgische precisie en postoperatieve resultaten te verbeteren.

3. Medische apparaten

Aangezien de wereldwijde markt voor 3D-geprinte medische apparaten naar verwachting in 2026 meer dan $ 1 miljard zal bedragen (Future Market Insights), biedt additive manufacturing een aanzienlijke waarde voor de productie van op maat gemaakte medische producten. Van implantaten met een complexe vorm, gepersonaliseerde protheses en hoortoestellen tot instrumenten die geschikt zijn voor gebruik, met additieve fabricage kunnen eenmalige apparaten worden geproduceerd die onpraktisch zouden zijn om met traditionele fabricage te vervaardigen.

3D-geprinte implantaten

Vandaag de dag zijn 3D-geprinte implantaten een van de snelst groeiende segmenten binnen de medische additieve productie. Vooruitgang in AM heeft de productie mogelijk gemaakt van implantaten die zijn gemaakt om te passen bij de anatomie van de patiënt. Bovendien kunnen met biocompatibele materialen zoals titanium en kobaltchroomlegeringen 3D-geprinte orthopedische en schedelimplantaten worden vervaardigd met de juiste oppervlakteruwheid, wat resulteert in verminderde afstotingspercentages. De mogelijkheid om topologisch geoptimaliseerde ontwerpen te maken, betekent ook dat een implantaat kan worden ontworpen met een complexe organische geometrie en een lager gewicht.

Prothetiek

3D-printen heeft ook een enorme impact op de productie van betaalbare maar zeer nauwkeurige protheses. Met behulp van traditionele productiemethoden kan het weken duren om een ​​apparaat te maken dat voldoet aan de eisen van een patiënt. Tegenwoordig is dit niet langer het geval, aangezien het additief vervaardigen van prothesen aanzienlijk minder tijdrovend is en in veel gevallen kan worden geproduceerd tegen een fractie van de kosten van traditioneel vervaardigde prothesen. 3D-printen is gebruikt om alles te produceren, van prothetische handen, benen en beugels tot complexe gezichts- en schedelprothesen.

Hoortoestellen

De hoortoestelindustrie is een andere sector die is getransformeerd door de komst van 3D-printen, met meer dan 90% van alle hoortoestellen die zijn gemaakt met behulp van AM-technologie, met name stereolithografie (SLA). SLA biedt de snelle productie van organische vormen en een hoge mate van nauwkeurigheid, ideaal voor maatwerk.

Tandheelkunde

Volgens een recent rapport van SmartTech Publishing zal de tandheelkundige markt in 2027 $ 9,5 miljard bereiken. Tegenwoordig kunnen tandheelkundige laboratoria additief bruggen, aligners, kronen, orthodontische apparaten en steenmodellen produceren, die kunnen worden aangepast aan het patent.

Medische instrumenten

Additive manufacturing kan ook in de medische sector worden gebruikt om hulpgereedschappen zoals mallen en armaturen te vervaardigen. 3D-geprinte medische instrumenten kunnen snel en op aanvraag worden geleverd, waardoor geavanceerde patiëntenzorg mogelijk wordt.

4. Medische marketing en educatie

Het gebruik van additieve fabricage binnen de medische sector is niet beperkt tot de planning en productie van operaties. Medische marketing profiteert van 3D-geprinte modellen, die door medische zorgverleners kunnen worden gebruikt om te demonstreren hoe een nieuw medisch hulpmiddel werkt. En aangezien AM zeer geschikt is voor productie van kleine volumes, zijn 3D-geprinte modellen een kosteneffectieve keuze voor medische scholen, waar studenten verbeterde training en oefening kunnen ervaren met behulp van 3D-geprinte anatomische replica's.

Kijkend naar de toekomst

De toekomst van additive manufacturing binnen de medische industrie is rooskleurig, met 3D bioprinting van functionele weefsels en organen die veel aandacht krijgen.

Bioprinting-technologie wordt momenteel gebruikt om medicijnen en pillen te onderzoeken, met significante use-cases in regeneratieve geneeskunde. Onderzoekers van de Universiteit van Harrisburg gebruiken bijvoorbeeld 3D-printen om huidtransplantaten te maken van menselijke cellen, en wetenschappers van de Universiteit van Oxford hebben een nieuwe methode bedacht om cellen in 3D te printen om levend weefsel te vormen. Deze kunstmatige weefsels bootsen de fysiologie van natuurlijke cellulaire structuren na, die mogelijk kunnen worden gebruikt om weefselmodellen te maken voor klinische tests. Hoewel het uiteindelijke doel van het printen van transplanteerbaar levend weefsel nog steeds een uitdaging is, heeft de technologie een enorm potentieel voor de gezondheidszorg.

Er wordt ook veel onderzoek gedaan naar 3D-printen en time-release drug delivery. Met 3D-printtechnologie kunnen verschillende medicijnen in een enkele pil worden geprint en vervolgens in de juiste tijd worden vrijgegeven, waardoor patiënten niet meer meerdere medicijnen hoeven te nemen. MIT-onderzoekers hebben al opmerkelijke vooruitgang geboekt op dit gebied door een nieuwe additieve productiemethode te hebben ontwikkeld om medicijnen en vaccins te maken, die meerdere doses van een medicijn kunnen vrijgeven gedurende een gecontroleerde periode.

Uitdagingen voor de boeg

Ondanks deze opmerkelijke vooruitgang, staat additive manufacturing in de medische industrie nog steeds voor bepaalde uitdagingen. Regelgeving voor 3D-geprinte medische hulpmiddelen is zo'n uitdaging waarbij fabrikanten van medische hulpmiddelen aan strenge eisen moeten voldoen.

Additieve fabricage heeft echter diepe wortels in de medische industrie en naarmate de technologie volwassen wordt en de kennis zich uitbreidt, zal dit uiteindelijk leiden tot lagere kosten en meer geavanceerde toepassingen zoals 3D-printen van organen en weefsels.

Dit is de tweede in onze Industrie- en AM-serie — lees ons laatste artikel over hoe AM is invloed hebben op de bouwsector ?