L’applicazione del mese: stampa 3D di protesi di spalla in titanio personalizzate e più performanti

Negli ultimi anni, il rapido sviluppo della tecnologia di produzione additiva in campo medico ha portato a progressi significativi nella ricerca, nello sviluppo di medicinali, nella produzione di protesi, impianti e dispositivi medici. Se ci soffermiamo su questi ultimi, la stampa 3D in metallo ha rivoluzionato l’industria medicale, consentendo soluzioni mediche altamente personalizzate e prodotte in tempi rapidi. Utilizzando materiali biocompatibili, come le leghe di titanio e cobalto, garantisce dispositivi medici sicuri e durevoli. Inoltre, permette una produzione più sostenibile riducendo lo spreco di materiale, abbassando i costi di produzione e migliorando l’efficienza con velocità di produzione più elevate.

La produzione additiva consente oggi la creazione di placche, viti e intere protesi e impianti personalizzati che si adattano perfettamente alle caratteristiche anatomiche di ciascun paziente. Ciò è possibile grazie all’integrazione di tecnologie come scansione 3D, TC e altre tecniche di imaging, con software 3D e stampanti 3D. I prodotti così ottenuti si sono dimostrati non solo sicuri, ma anche in alcuni casi più performanti, accelerando il processo di guarigione del paziente. Per approfondire l’argomento, vediamo in questo caso studio i vantaggi dell’uso della produzione additiva in metallo per la produzione di protesi di spalla in titanio.

Confronto tra protesi di spalla realizzate con metodi tradizionali e con produzione additiva

Le aziende produttrici di impianti per la chirurgia spinale, la neurochirurgia e l’osteosintesi affrontano numerose difficoltà nella produzione di placche per artrodesi della spalla. Questi dispositivi vengono utilizzati per resecare la testa omerale in caso di danni ai legamenti della spalla. Tuttavia, la produzione di questi prodotti con metodi tradizionali è ancora una sfida perché richiede tempo e risorse significative per progettare e costruire utensili specializzati. Allo stesso tempo, sorgono difficoltà legate alla complessa geometria dei pezzi. Oltre alla lavorazione meccanica, spesso sono necessarie operazioni di piegatura, ma questa tecnologia non è molto accurata e non garantisce il necessario grado di ripetibilità.

Eplus3D ha di recente presentato il caso di un’azienda del settore che ha utilizzato la tecnologia di stampa 3D in metallo L-PBF proprio come soluzione a queste problematiche. L’utilizzo della produzione additiva ha permesso di realizzare in breve tempo un prototipo completamente funzionante di protesi di spalla, riducendo significativamente i costi di sviluppo del prototipo protesico.

Stampa 3D in titanio di protesi di spalla

Per la produzione di placche per artrodesi della spalla è stata utilizzata la stampante 3D EP-M260 di Eplus3D. Questa macchina L-PBF per metalli ha un volume di stampa di 260 mm × 260 mm × 390 mm, supporta configurazioni a laser singolo e doppio e può lavorare una varietà di materiali ad alte prestazioni, tra cui leghe di titanio, acciaio inossidabile e leghe di alluminio. Per la stampa 3D delle protesi di spalla, il materiale scelto è stato la lega di titanio VT6, certificata per uso medico. La stampa 3D dei pezzi, lunghi 25 cm e un’altezza di strato di 30 μm, ha richiesto circa 12 ore.

Al termine della stampa, ogni prodotto è stato trattato termicamente a circa 700 gradi Celsius per due ore per alleviare le sollecitazioni residue. Successivamente, le strutture di supporto sono state rimosse con strumenti manuali e le parti sono state infine sottoposte a sabbiatura.

Le filettature coniche originariamente previste nel prodotto sono state volutamente omesse dal modello 3D, al fine di ottenere un taglio più preciso attraverso i metodi di lavorazione tradizionali. Durante il processo di fusione mediante tecnologia L-PBF, infatti, l’alternanza di espansioni e contrazioni termiche può causare deformazioni e restringimenti, compromettendo la geometria e la regolarità del filetto. Per ovviare a questo problema, si è optato per la realizzazione di semplici fori nel modello stampato, sui quali le filettature sono state successivamente eseguite tramite lavorazione CNC o manuale. Questa soluzione ha permesso di ottenere superfici lisce e tolleranze dimensionali conformi agli standard richiesti.

Le placche per artrodesi della spalla sono state quindi prodotte con successo con alta precisione e personalizzazione, secondo le caratteristiche anatomiche di ciascun paziente. L’azienda ha ritenuto il processo più breve rispetto all’uso di altre tecnologie di produzione e ha riscontrato un uso inferiore di risorse e materiali, nonché risultati più accurati che hanno accelerato la guarigione dei pazienti.

Il successo di questa applicazione rappresenta un chiaro esempio di come la stampa 3D in metallo stia rivoluzionando il mondo della medicina. Con il costante avanzamento della produzione additiva, stiamo assistendo all’introduzione di materiali biocompatibili sempre più performanti e di tecniche all’avanguardia, capaci non solo di semplificare i processi, ma di ridefinire il modo in cui curiamo i pazienti. Un progresso che non è che all’inizio.

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Foto di copertina: Placche per artrodesi della spalla stampate in 3D. Crediti per tutte le foto: Eplus3D