Medyczne filamenty do druku 3D FFF/FDM/LPD

Filamenty medyczne to tworzywa do druku 3D metodą FDM, które powstały z myślą o medycynie. Ich receptury przygotowuje się tak, aby możliwe było wytwarzanie z nich obiektów trójwymiarowych ściśle związanych z wspomnianą wcześniej branżą. Filamenty medyczne zwykle wykazują się biokompatybilnością i/lub biobójczością (np. działają antybakteryjnie). Muszą one spełnić odpowiednie normy, dzięki którym możliwe jest określenie ich zdatności do wykorzystania w medycynie. Filamenty medyczne produkowane są m.in. przez Spectrum Filaments oraz Copper3D.

Filamenty medyczne - czym są?

Filamenty medyczne to tworzywa do druku 3D techniką FDM, z których wytwarza się trójwymiarowe obiekty odnajdujące zastosowanie w branży medyczne. Materiały tego rodzaju spełniać muszą restrykcyjne normy - wykonane z nich wydruki przestrzenne wchodzić będą przecież w kontakt z ludzkim organizmem. Z filamentów medycznych wytwarza się m.in. protezy i ortezy. Mogą one pełnić również rolę surowca budulcowego wybranych narzędzi chirurgicznych.

Filamenty medyczne I: tworzywa biokompatybilne

Ich zastosowanie determinuje własności, jakie filamenty medyczne powinny posiadać. Do takich cech zalicza się biokompatybilność. Stanowi ona zdolność surowca do przebywania w organiźmie bez wchodzenia z nim w negatywne interakcje, które mogłyby doprowadzić do uszkodzenia ciała człowieka - materiał taki musi być zatem neutralny wobec niego. Tego rodzaju filamenty medyczne muszą cechować się nietoksycznością. Ich obecność w ciele człowieka nie może prowadzić do hemolizy (rozpadu erytrocytów - ważnego składnika krwi). Biokompatybilne filamenty medyczne nie mogą także wywierać wpływu na układ immunologiczny ludzkiego organizmu. Wymogów, jakie spełnić muszą tworzywa wykazujące się biokompatybilnością, jest zatem dużo. Nie zniechęca to jednak firm specjalizujących się w wytwarzaniu filamentów do produkowania materiałów biokompatybilnych. Tworzy je m.in. Spectrum Filaments.

ABS Medical - biokompatybilny filament medyczny

Filament ABS Medical to tworzywo do druku 3D, które opracowane zostało przez firmę Spectrum Filaments. Jego składnikiem bazowym jest ABS, czyli materiał cechujący się wysoką wytrzymałością mechaniczną. Receptura tworzywa Spectrum Filaments charakteryzuje się biokompatybilnością. Filament ABS Medical spełnia zatem kryteria biozgodności, jakie określa norma ISO 10993-1. Nie jest to zatem klasyczne tworzywo ABS-owe, tj. takie, z jakiego powszechnie wykonuje się trójwymiarowe wydruki. Filament ABS Medical stanowi przykład materiału klasy medycznej. Jego styczność z ludzkim ciałem może wynosić około 30 dni. Wykorzystać go można do produkcji elementów, które znajdują zastosowanie w medycynie. Takimi produktami są np. protezy tymczasowe. Zalicza się do nich także elementy, które wspomagają proces rehabilitacji pacjenta. Filament ABS Medical wykazuje się bardzo dobrą odpornością termiczną. Jego temperatura mięknienia według Vicata ma wartość 95°C. Poszczególne warstwy obiektu trójwymiarowego, jaki wydrukowany został z tego tworzywa, dobrze przylegają do siebie, co korzystnie wpływa na trwałość wydruku i jego wytrzymałościowe parametry mechaniczne. Struktury przestrzenne mogą być drukowane z tego filamentu medycznego z dużą szybkością. Co ważne - nie wpływa to na jakość wydruku jako całości!

Filamenty medyczne II: materiały o własnościach biobójczych

Biobójczość jest zdolnością materiału do zwalczania drobnoustrojów (wirusów, bakterii, grzybów, glonów), jakie pojawią się na jego powierzchni. Filamenty medyczne uzyskują taką własność wskutek wzbogacania ich receptur odpowiednimi składnikami. Jednym z nich jest nanomiedź. Dzięki niej mikroby, które pojawią się na powierzchni wydruku trójwymiarowego, który utworzono z medycznego filamentu takim składnikiem wzbogaconego, zostaną unicestwione. Siła działania nanomiedzi jest niemała. Wzbogacenie nią filamentu sprawia, iż nabiera on jej właściwości. Biobójcze własności tak zmodyfikowanych tworzyw umożliwiają ich wykorzystanie w medycynie. Oczywiście jedynie w sytuacji, gdy pomyślnie przejdą one testy opisane w odpowiednich normach. Można z nich wytwarzać np. wybrane narzędzia stosowane np. przez chirurgów. Medyczne filamenty o własnościach biobójczych produkuje m.in. firma Copper3D. Opracowała ona kilka tworzyw wzbogaconych nanomiedzią, z których wykonuje się trójwymiarowe wydruki. Jakie? Są to następujące filamenty medyczne:

1. PLActive

   PLActive jest medycznym filamentem wzbogaconym nanomiedzią. Jego bazowy składnik stanowi PLA, czyli polilaktyd. Materiał ten słynie z łatwości wytwarzania z niego obiektów trójwymiarowych. Własności biobójcze tworzywa zapewnia dodatek nanomiedzi. PLActive to filament nietrudny w druku, dzięki czemu można bezproblemowo drukować z niego przestrzenne obiekty, będąc początkującym adeptem sztuki, jaką jest addytywne wytwarzanie trójwymiarowych struktur. Antybakteryjne (i nie tylko) działanie tworzywa czyni z niego doskonały surowiec budulcowy wybranych wyrobów medycznych. Filament PLActive występuje w trzech wariantach kolorystycznych: czerwonym (Red), niebieskim (Blue) oraz zielonym (Apple Green). Każdy nich nabyć można w formie szpuli zawierającej 0.75kg lub 0.25kg tworzywa.

2. MDFLEX

   MDFLEX to medyczny filament, którego receptura oparta została na termoplastycznym poluretanie (TPU). Materiał ten wzbogacono nanomiedzią, dzięki której nabył on własności biobójcze. Drobnoustroje (m.in. bakterie, glony, grzyby), które pojawią się na powierzchni utworzonego z filamentu MDFLEX wydruku trójwymiarowego, zostaną unicestwione. Tworzywo firmy Copper3D charakteryzuje się dość dużą elastycznością (98A w skali Shore'a). Z filamentu MDFLEX tworzyć można zatem elastyczne wyroby medyczne. Materiał dostępny jest w dwóch wariantach kolorystycznych: czerwonym (Red) oraz szaroniebieskim (Grey Blue).

Filamenty medyczne - czy są trudne w druku?

Chcąc określić poziom trudności wykonywania wydruku z danego filamentu, zwrócić należy uwagę na składnik bazowy, z jakiego materiał taki został wyprodukowany. Wiedza na jego temat pozwoli na określenie ogólnych zasad postępowania z tworzywem, którego bazę recepturową ów surowiec stanowi. Medyczne filamenty oparte na PLA są nietrudne w drukowaniu. Tworzywa, których składnikiem bazowym jest ABS, cechują się stosunkowo dużym skurczem przetwórczym - do jego przetwarzania warto więc zastosować drukarkę 3D wyposażoną w zamkniętą komorę roboczą. Wykonywanie wydruku trójwymiarowego z filamentu TPU powinno przebiegać powoli - prędkość ekstruzji oraz szybkość retrakcji muszą mieć niewielkie wartości. Przede wszystkim jednak należy kierować się zaleceniami producenta, który dany materiał wytworzył.