Stampa 3D nel settore medicale
La prototipazione e la stampa 3D nel settore medicale rappresentano un’ innovazione tecnologica che coinvolge player mondiali nello sviluppo di nuovi materiali, processi e applicazioni di ogni genere.
Secondo uno studio della Deloitte University, nel 2012 il 16,4% del giro di affari del mercato della stampa 3D negli USA era generato dal settore sanitario.
Questa percentuale è destinata a crescere soprattutto in ambito medicale rispetto ai dati di crescita della stampa 3D mondiale.
Nel 2018 gli acquisti mondiali di stampanti 3D, materiali, software, e servizi connessi al 3D printing sono stati di 13,2 miliardi di dollari.
Tale crescita è sostenuta da differenti applicazioni in ambito elettromedicale e medico.
Stampa 3D nel settore medicale: cos’è
Prima di approfondire il tema della stampa 3D in ambito medicale è utile fare una premessa
Il punto di partenza di qualsiasi progetto è condividere le specifiche di progetto per capire l’uso e la funzione del prodotto da realizzare;
Nello sviluppo di un prodotto ambito medicale l’elemento da condividere è il livello di biocompatibilità del manufatto
In ambito medico i biomateriali devono essere accettati dall’organismo e non essere dannosi per esso.
Per valutare la biocompatibilità di un materiale è necessario individuare la natura del contatto tra il dispositivo e il corpo umano:
- Senza contatto
- Contatto con la superficie corporea
- Dispositivi comunicanti con parti esterne al corpo umano
- Protesi impiantabili (in questo caso si prende in considerazione anche la durata del contatto)
Come funziona
Le prime applicazioni si sono evolute in relazione alla strumentazione e allo sviluppo di apparecchiature medicali, odontoiatriche e strumenti di laboratorio.
Questo è il nostro ambito di applicazione e il contesto dove ad oggi contiamo decine di progetti di sviluppo .
Il motivo per cui l’uso della stampa 3D ha trovato spazio anche in questo ambito è duplice.
Prima di tutto il valore estetico del dispositivo, la cura, l’attenzione al design, l’ergonomia e funzionalità della forma è sempre più spesso un requisito indispensabile nello sviluppo di un nuovo prodotto di successo.
Aziende produttrici di apparecchiature elettromedicali investono sempre nello sviluppo di geometrie personalizzate e studiate ad hoc e la stampa 3d agevola notevolmente tutto il processo.
I vantaggi sono molteplici in termini di time to market, riduzione dei costi, riduzione dei rischi di engineering, customizzazione.
Il secondo motivo è che le tirature di prodotto sono spesso contenute per cui i processi produttivi convenzionali risultano molto spesso sconvenienti.
Apparecchiature medicali : esempi pratici
In questo ambito abbiamo sviluppato decine di prodotti studiando il design, l’ingegnerizzazione e la produzione delle parti meccaniche tramite stampa 3d, vacuum casting o attrezzature convenzionali.
Echolight è un ecografo per osteoporosi e PERSORB® un sistema un sistema integrato di perfusione d’organi: in entrambe i casi l’uso della stampa 3d è stato un indispensabile per lo sviluppo del prodotto
Per questi progetti sono stati utilizzati materiali di stampa con certificazione certificazione USP Classe VI per la produzione di prototipi a contatto con pelle, cibo e farmaci.
Nel caso di PERSORB® il cliente ha eseguito test sul materiale che abbiamo usato per le repliche da stampo in silicone per certificare la biocompatibilità
Applicazioni in ambito sanitario della stampa 3D
La prima applicazione dello sviluppo di prodotto e apparecchiature medicali è un argomento di cui abbiamo parlato ampiamente sopra.
La seconda applicazione riguarda lo studio di protesi personalizzate: tramite un file DICOM è possibile ricavare un file .stl.
Questo consente in ambito medico di customizzare impianti o protesi e sviluppare dime ad hoc per ogni intervento.
La terza applicazione prevede la produzione tramite stampa 3D di organi o parti di esse agevolando il personale medico nella diagnosi e nello studio pre-operatorio.
La riproduzione di organi e parti anatomiche per la preparazione di interventi chirurgici di particolare complessità è stata spesso utile per la rimozione di
masse tumorali.
Infine la produzione di protesi impiantabili e bioprinting è il settore maggiormente in crescita in termini di ricerca scientifica, materiali e tecnologie applicabili.
Per le protesi impiantabili i materiali maggiormente utilizzati e sono il Titanio, il Cromo Cobalto e materiali ceramici.
Per il bioprinting al momento le applicazioni sono di pure ricerca.
La struttura che serve a dare forma all’intero sistema viene definita scaffold, nella maggior parte dei casi è una struttura porosa studiata per il deposito e la proliferazione delle cellule.
Lo scaffold si dissolverà una volta completato il suo compito lasciando campo libero alle cellule di operare secondo natura e, ad esempio, rigenerare nuovi tessuti.
Ai bioplotter viene affidato il compito di costruire fisicamente la struttura dei nuovi sistemi composti da biomateriale.
Proprio come una stampante 3D, il bioplotter 3d deposita strato su strato il biomateriale fino a completare il modello CAD progettato.
