陶瓷增材制造面临的挑战和开创性医疗应用

导读：高性能3D打印陶瓷作为一种具备广阔应用潜力的材料，其应用范围包括机械、电子、空间和医学等多个领域。但是，3D打印陶瓷面临的挑战也不容忽视。本文将分析陶瓷增材制造面临的挑战和开创性医疗应用，并着重介绍Lithoz公司在3D打印陶瓷中的地位和在医学领域的合作。



陶瓷的应用范围相比金属等材料来说有限，但是3D打印陶瓷的前景十分“光明”。目前，3D打印陶瓷已成为仅次于金属和聚合物的第三大材料选择。但是，从历史上看，破解增材制造陶瓷的“密码”一直具有挑战性。陶瓷在生产过程中需要面临很多挑战，首先就是材料的质量必须无任何妥协，这对于功能性3D打印陶瓷来说尤为重要，因为用户需要材料特性来匹配最终产品。另外，陶瓷本身是一种难以加工的材料，市场上几乎没有原始设备制造商直接加工陶瓷材料，许多制造商做的是大多数高性能工作，陶瓷零件只要有一个缺陷，那它是无用的。



为了克服这些挑战，Lithoz首席执行官Johannes Homa选择了3D打印陶瓷，并计划以质量和创新为主导。Lithoz在全球范围内拥有超过140名员工，具有安装设施和超过50%的市场份额，是技术和创新的领导者。陶瓷增材制造是一个相对欠发达的市场机会，但Lithoz通过不断提高材料研发和制造技术，致力于成为陶瓷行业的领导者。



3D 打印陶瓷的实际应用
在医学领域，3D打印陶瓷也有着广泛的应用前景。一种重要的应用是骨替代材料，Lithoz生产的Lithabone HA 480就是一种具有良好骨传导性能并且可以定制成形的骨替代材料。这种材料与患者骨骼的化学性质相同，能够允许骨骼通过其毛孔生长，逐渐取代植入物。



谈到 Lithoz 生产的材料，医疗解决方案总监 Daniel Bomze介绍了骨替代材料这个听起来充满未来感的世界。在医学界，许多情况下都可能需要更换骨骼，例如，头部外伤伴有脑出血，需要将骨骼切掉。在这种情况下，标准程序是在患者头部使用金属板植入物。然而，金属是一种导热体，即使是洗个热水澡也会很痛；甚至暴露在阳光下有时也会导致灼伤。如果给孩子做手术，随着孩子的长大，必须更换金属板，导致手术创伤更大。所以，急需开发出一种新材料代替金属植入物，让实际的骨骼重新生长。

从本质上讲，Lithoz 提供了一种与患者骨骼“化学性质相同的合成材料”。随着时间的推移，植入的 3D 可打印材料或合成骨会溶解并被患者的天然骨材料取代。
Lithoz公司与医生合作，不断改进Lithabone HA 480的壁厚、生物相容性、几何形状灵活性以及能够生长封闭表面等性能，以满足客户不断变化的需求。



●3D打印陶瓷能够用于脑肿瘤等手术中的颅骨植入物。颅骨植入物是在切除肿瘤后所必需的，制作它的材料需要使用一种具有良好骨传导性能并且可以按照缺损形状（特定于患者）成形，同时具有相互连接的孔隙网络的材料是必要的，以便血管可以在内部生长，并且骨骼会长入植入物中。 此外，严重的脑损伤会因出血、肿瘤或引流受阻而导致脑肿胀。缓解肿胀需要“暂时打开颅骨以释放压力。之后，需要用植入物治疗人工缺陷。

●此外，3D打印陶瓷能够应用在长骨关键尺寸缺陷的骨置换等医学应用中。这个挑战在于弥合长骨中的临界尺寸缺陷，例如腿部或手臂，这通常是由外伤引起的，自行愈合会传声严重的缺陷，导致假关节形成。因此，需要骨置换植入物。这里的重点再次放在针对患者的设计和支架的开放式多孔网络上。另一个挑战是定义两个骨骼末端的角度，这对于重建和再次充分发挥作用至关重要。

总结
总之，3D打印陶瓷是一种具备广泛应用前景的材料，但是其生产仍然面临着挑战。Lithoz公司作为行业的领导者，通过不断提高材料研发和制造技术，致力于在3D打印陶瓷领域取得更大的突破。今后，随着技术的不断创新，3D打印陶瓷的应用前景必将越来越广泛。