Stampa 3D FDM con PEEK per piccoli impianti medici

I ricercatori tedeschi si concentrano sui materiali di stampa 3D per il settore medico, delineando le loro scoperte nel recente pubblicato ” Parametri che influenzano il risultato della produzione additiva di piccoli dispositivi medici basati su PEEK “.

Poiché i materiali termoplastici continuano a crescere in popolarità per una varietà di applicazioni, PEEK è in cima alla lista per molti utenti che cercano un materiale ad alte prestazioni. Come membro dei chetoni etere poliaromatici (PAEK), il PEEK è anche composto da molecole resistenti sia alla temperatura che agli agenti chimici.

Adatto per l’uso con impianti medici in ortopedia , condizioni del cranio , dispositivi con agenti antibatterici e altro ancora, il PEEK è ancora prodotto in modo convenzionale come stampaggio ad iniezione, lavorazione meccanica e altro; tuttavia, ora, i processi AM consentono un potenziale ancora maggiore nel regno biomedico.

I processi di produzione additiva con PEEK consentono di fabbricare geometrie più complesse, il che significa che gli scienziati possono creare impalcature praticabili per la bioprinting, nonché impianti biocompatibili. Oggi, la stampa 3D FDM viene utilizzata più spesso con materiali come PEEK a causa dell’accessibilità e della convenienza. Per questo studio, gli autori sono focalizzati sui migliori parametri per piccoli impianti PEEK, lavorando sulla propria ricerca e anche su quella di altri scienziati.

Il lavoro di dodici diversi ricercatori è stato rivisto, includendo tredici articoli.

Altre ricerche descrivono i fattori critici che influenzano le proprietà meccaniche di PEEK per includere:
Temperatura
Angolo raster
Spessore dello strato
Rapporto di riempimento
Velocità di stampa
Innegabilmente, uno dei più grandi percorsi per il successo nella stampa 3D è comprendere parametri e proprietà. È necessario considerare la viscosità e gli autori esaminano alcuni dei lavori precedenti secondo cui temperature più elevate e “velocità di alimentazione più lenta” favoriscono risultati migliori nella stampa 3D PEEK. Anche la temperatura svolge un ruolo importante, offrendo “un’influenza pronunciata” sul processo.

“Le temperature degli ugelli sono state esplorate in un intervallo da 340 ° C a 480 ° C. Wu et al. rilevata quando la temperatura dell’ugello è di 350 ° C, la deformazione da deformazione dei campioni di PEEK è minima. Vaezi et al. identificato temperature degli ugelli di 400–430 ° C come intervallo applicabile ”, hanno affermato i ricercatori.

“Le temperature degli ugelli al di sotto di 400 ° C hanno causato intasamento degli ugelli o delaminazione del prodotto finale e al di sopra di 430 ° C si è verificata una notevole deformazione del filamento o una degradazione del materiale. Hu et al. progettato un nuovo modulo ugello di controllo del riscaldatore per migliorare l’uniformità della temperatura nell’area di stampa. “

Anche la riduzione del diametro dell’ugello può avere un ruolo nel successo, consentendo una migliore precisione del pezzo man mano che viene mantenuto il “controllo preciso”. La velocità di stampa è sempre un parametro importante e deve corrispondere alla velocità di estrusione per evitare problemi con l’ugello come incollaggio o intasamento:

“Geng et al. ha studiato gli effetti dell’estrusione e la velocità di stampa sulla microstruttura e le dimensioni di un filamento PEEK estruso “, hanno affermato i ricercatori. “Hanno eseguito gli esperimenti con diametri degli ugelli di 0,4, 0,5 e 0,6 mm e velocità di stampa da 0,1 a 120 mm / min. Hanno concluso che durante l’FDM di PEEK, la pressione di fusione influenza direttamente la morfologia superficiale e il diametro di estrusione del filamento e una maggiore pressione di fusione è vantaggiosa per la riduzione dei difetti superficiali sul filamento estruso.

“Rahman et al. hanno preso una velocità di stampa di 50 mm / s nei loro esperimenti mentre Han et al. applicato una velocità di stampa di 40 mm / s nella loro. Deng et al. raggiunto proprietà di trazione ottimali per i campioni PEEK quando la velocità di stampa era di 60 mm / s. Secondo i risultati di cui sopra, possiamo supporre che un valore di velocità ragionevole per la stampa di PEEK con un ugello da 0,4 mm di diametro dovrebbe essere compreso tra 40 e 80 mm / s. “

Durante i propri esperimenti per lo studio, il team di ricerca ha utilizzato PEEK per creare un impianto dentale campione con struttura interna ed esterna. Hanno usato stampanti 3D di Orion e di Apium .

Nella stampa di un impianto dentale ingrandito (quasi tre volte più grande di un modello realistico) utilizzando la stampante Apium HPP155, il team di ricerca ha fatto affidamento sulle proprie conoscenze e su quelle degli altri articoli esaminati. Hanno trovato l’impianto inaccettabile a causa della profondità inferiore ed interna della vite e dei livelli di porosità. Anche gli impianti più piccoli hanno fallito.

Sperando in un successo migliore, il team è passato alla stampa con la Orion. Lì ottennero risultati migliori, sebbene il campione iniziale fosse in qualche modo storto. Andando avanti, hanno avuto un successo maggiore nell’uso di un ugello da 0,15 mm durante la stampa di un impianto in scala × 1,2. Sia la riproducibilità che la qualità della superficie erano “accettabili” in quel campione.

“Abbiamo ottenuto i migliori campioni con l’ugello da 0,15 mm durante la stampa dell’impianto in scala × 1,2, che è accettabile sia per la riproducibilità che per la qualità della superficie”, hanno affermato i ricercatori.

“Un ulteriore miglioramento dei campioni con una migliore resistenza meccanica potrebbe contare sulla migliore soluzione della tecnologia di stampa 3D e una migliore manipolazione del PEEK”, hanno concluso i ricercatori.

“Fino ad ora, la stampa di parti riproducibili in PEEK di piccole dimensioni con elevata accuratezza si è dimostrata possibile nei nostri esperimenti, che si ottiene attraverso l’ottimizzazione dei parametri di stampa FDM. C’è ancora molta strada da fare per compiere il passaggio dalla fase di ricerca alla produzione PEEK stampata in 3D e infine raggiungere l’obiettivo di integrare il trattamento all’interno delle cliniche. Tuttavia, questo studio potrebbe costituire una base per il trattamento specialistico del paziente nel campo dell’implantologia dentale. Considerando la complessità delle forze masticatorie, sono necessari test meccanici sistematici e la simulazione basata sull’analisi degli elementi finiti è necessaria per ulteriori ricerche. “

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