Наукові конференції України, Інновації молоді в машинобудуванні 2020

Розмір шрифту: 
Особливості технологій виготовлення медичних імплантантів
П. П. Троян, О. А. Охріменко

Остання редакція: 2020-05-18

Тези доповіді


В сучасному світі розвиток промисловості не може обійтись без застосування нових технологій. Їх використання – це необхідність, адже тільки так можна забезпечити випуск відносно дешевої, надійної та якісної продукції. Нові технології можуть суттєво покращити навіть традиційне виробництво. Саме це властиво для адитивних технологій.

Метою роботи є аналіз особливостей технологій виготовлення медичних імплантів для подальшого їх раціонального вибору та застосування при їх виготовленні.

При порівнянні адитивних та традиційних способів виробництва можна виділити декілька вагомих відмінностей: швидкість, вартість та гнучкість виробництва,  виробництва, точність копій та якість продукції.

Вартість та швидкість виробництва прототипів та одиничних деталей при 3D друці значно переважає на вартістю та сроками запуску в виробництво аналогічної деталі методами лиття та штамповки. При порівнянні 3D друку з обробкою ЧПК потрібно враховувати, що верстати з ЧПК працюють за методом “віднімання”, тобто видалення матеріалу інструментом з уже готової заготовки, що означає велику витрату матеріалу. Якщо необхідного інструмету немає, то запускається ще один виробничий процей для його створення, що збільшує вартість виготовлення деталі. 3D друк, в свою чергу, працює за схемою “нарощення” деталі, пошарово наношуючи матеріал, завдяки чому витрати внаслідок такого виробництва зводяться до мінімуму, а потреба в спеціальних інструментах відпадає. Якщо вартість матеріалу висока, то скорочення його витрати уже є великою перевагою. У плані швидкості виробництва одиничної деталі адитивний метод та фрезерування на верстаті з ЧПК  відносні, проте при серійному виробництві 3D друк переважає ЧПК, так як він може надрукувати декілька деталей за той же час, що фрезер буде робити одну.

Якість простих деталей, виготовлених литтям, штампуванням та фрезеруванням можна порівняти з найкращими зразками 3D друку, проте при створенні геометрично та конструкційно складних об'єктів 3D друк справляється значно краще. За допомогою 3D друку можна створити деталь такої форми, яку створити іншими методами практично неможливо (якщо тільки не виготовляти її по частинам, а потом з'єднувати, що робить таке виготовлення більш складним, дорогим та довшим у часі). Якщо необхідна відповідність дуже точним розмірам, то 3D друк металами потребує серйозної постобробки надрукованих деталей, і саме тому, важливою перевагою верстатів з ЧПК є висока точність, яка може сягати декількох мікрон по кожній осі, що дозволяє отримувати ідеальні поверхні без додаткового оброблення. В плані похибок – ЧПК значно перевершує 3D друк, адже нагрівати та заново формувати матеріал непотрібно [2].

При підготовці до виготовлення нової деталі, адитивне виробництво не потребує підготовки спеціальної остастки та перепрофілювання потужностей – достатньо створити нову цифрову модель. В даному плані адитивні технології значно перевершує штамповку та лиття. Також до переваг даного виробництва можна віднести здатність надрукувати практично все, що здатно поміститись в області друку 3D принтеру. В свою чергу, для підготовки до створення нового продукту, або внесення змін у дизайн існуючого, інші традиційні методи (крім фрезерування) потребують виготовлення нової прес-форми, матриці або інструменту.

Одним з найбільших недоліків 3D друку є використання підтримок. При друці, у місцях, де можлива деформація або є зміщення центра ваги – будується підтримка, яка запобігає руйнування або опрокинення деталі під час друку. Щоб видалити підтримку, потрібно постобробку, обережно видаляючи зайвий матеріал, а потім відшліфувати поверхню, де були підтримки, щоб згладити її шорсткість.

За результатами порівняння можна зробити висновок, що медичний імплант краще виготовляти методом 3D друку. Гнучкість даного методу дозволить змінити розміри імпланту під індивідуальні критерії пацієнта. Більшість медичних імплантів виготовлені з медичного титану ВТ6 – відносно дорогого металу, а завдяки мінімальним втратам в процесі друку можна досягти значно меншої вартості виготовлення виробу.


Ключові слова


3D друк; ЧПК

Посилання


Алексей Чехович. 3D-принтер vs станок с ЧПУ: конкуренты или союзники? [Електронний ресурс] / Алексей Чехович. – 2019. – Режим доступу до ресурсу: https://blog.iqb.ru/metal-3d-printing-vs-cnc/

Плюсы и минусы применения 3D-принтера [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://top3dshop.ru/blog/3D-printers-pro-e-contra-review.html