Tiểu luận Vật liệu nhựa và khuôn mẫu ỨNG DỤNG CỦA SLM TRONG Y HỌC

ĐẠI HỌC QG TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
----------

TIỂU LUẬN
ỨNG DỤNG CỦA SLM TRONG Y HỌC
NHÓM 7
DIỆP THẾ CƯƠNG

21300440

HUỲNH MINH ĐƯỜNG

21300898

Ô KHẢI MINH

21302367

Tp HCM, ngày 6 tháng 5 năm 2017


MỤC LỤC
I.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SLM

II.

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA SLM

1.
2.

Ngun lý làm việc.
Quy trình gia cơng chi tiết bằng công nghệ SLM.

III. ỨNG DỤNG CỦA SLM TRONG Y HỌC
1.
2.
3.

I.

Tổng quang về vật liệu y sinh.
Vật liệu ứng dụng trong công nghệ SLM dùng trong y sinh.
Ứng dụng của công nghệ SLM trong y học.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SLM


1.

Khái niệm về SLM
• SLM ( Selective Laser Melting): là kỹ thuật chế tạo bằng cách
đắp lớp vật liệu, sử dụng dữ liệu 3D CAD làm nguồn thông tin
kỹ thuật số và năng lượng dưới dạng chùm tia laser công suất
cao để tạo ra sản phẩm bằng cách làm nóng chảy và liên kết các
•

hạt vật liệu.

Cơng nghệ SLM vận hành tương tự SLA, SLS nhưng sử dụng
tia UV, tia laser cường độ lớn.

2.

Đặc điểm của SLM
• Sử dụng tia laser cường độ cao làm nóng chảy từng lớp hạt bụi
kim loại nóng chảy kết dính tạo thành từng chi tiết phức tạp mà
•

khơng cần sử dụng đến dao cụ cắt gọt hay máy móc CNC.
Mật độ hạt kim loại trong lòng chi tiết in 3D đạt ~99% nên chi
tiết có được độ cứng vững cần thiết cũng như độ bền, cơ tính

•

tốt.
Vật liệu được sử dụng gần như tối đa.


Khả năng tái sử dụng vật liệu cao.
Vật liệu dùng trong công nghệ SLM
Đây là công nghệ in 3D kim loại, sử dụng vật liệu dạng bột titan, bột
•

3.

nhơm, bột đồng, bột thép để làm vật liệu in 3D

4.

Phạm vi ứng dụng của cơng nghệ SLM
Vì giá thành thiết bị (máy in 3d kim loại) và vật liệu đắt đỏ nên công
nghệ này chưa thực sự phát triển tại VN. Các nước có sản xuất máy và
sử dụng cơng nghệ này nhiều nhất đó là: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Ý,…
Ở VN một số đơn vị nha khoa sử dụng máy in 3D kim loại để sản xuất

5.

răng.
Giá máy in 3D kim loại >= $200.000.
Một số loại máy SLM.

6.

Một số sản phẩm ứng dụng công nghệ SLM.


Một số sản phẩm của công nghệ SLM
II.

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA SLM
1. Nguyên lý làm việc.
- Quá trình này bắt đầu bằng cách cắt dữ liệu tệp 3D CAD thành các
lớp, thường từ 20 đến 100 micromet dày, tạo ra một hình ảnh 2D của
-

mỗi lớp. Định dạng tệp này là tệp .stl .
Các lớp mỏng hạt kim loại tinh chế dưới dạng nguyên tử được phân
bố đều bằng cách sử dụng cơ chế phủ trên một tấm chất nền, thường

là kim loại, được gắn vào bàn nâng di chuyển theo trục thẳng đứng
(Z).


-

Trong buồng gia cơng chứa của khí trơ, hoặc argon hoặc nitơ ở mức

-

oxy thấp hơn 500 phần triệu.
Khi mỗi lớp đã được phân phối,tia laser làm nóng chảy và kết hợp

-

các lớp lại với nhau.
Tia laze được định hướng theo hướng X và Y với hai gương quét tần

-

số cao .
Năng lượng laser đủ mạnh để cho phép hàn tan toàn bộ các hạt để tạo

-

thành kim loại rắn.
Quá trình này được lặp lại lớp sau khi lớp cho đến khi phần hoàn tất.


-

Do sự cần thiết phải xử lý các vật thể gần như dày đặc, với các tính chất
cơ học so sánh với các vật liệu khối lượng và do mong muốn tránh các
chu trình xử lý sau quá dài, SLM đã được phát triển. Các polyme cũng
như kim loại có thể được làm hoàn toàn bằng chùm tia laser, tuy nhiên
tên gọi Selective Laser Melting được dành riêng cho các vật liệu kim
loại. Trong các bộ phận SLM gần như tồn bộ mật độ có thể được sản
xuất mà khơng cần đến các bước sau chế biến, trong khi các vật liệu
tương tự có thể được sử dụng như trong sản xuất hàng loạt.

2.

Quy trình gia cơng chi tiết bằng công nghệ SLM.


III.

ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SLM TRONG Y HỌC
1. Tổng quan về vật liệu y sinh.
a. Khái niệm.


Một vật liệu sinh học là bất kỳ chất hoặc hợp chất nào (khơng phải
là thuốc) có nguồn gốc tổng hợp hoặc tự nhiên, được dùng để điều
trị, tăng cường hoặc thay thế mô, cơ quan hoặc chức năng của cơ
thể.
Vật liệu sinh học là các vật liệu (tổng hợp hoặc tự nhiên, rắn và
lỏng) được sử dụng trong các thiết bị y học hoặc tiếp xúc với hệ
b.

sinh học.
Phân loại
Vật liệu sinh học được phân thành 2 loại: vật liệu có nguồn gốc

sinh học và vật liệu sinh học tổng hợp.
o Vật liệu có nguồn gốc sinh học: vật liệu mô mềm và mô cứng.
o Vật liệu sinh học tổng hợp: kim loại , polymer, gốm, composit
Sự khác nhau giữa vật liệu có nguồn gốc sinh học và vật liệu sinh học
tổng hợp:


c.

Ứng dụng vật liệu sinh học trong y tế.
ST
T
1

Vùng cơ thể Chi tiết, bộ phận

Vật liệu

Răng, hàm,
mặt

Kim loại, gốm
Kim loại, gốm
Polyme, composit
Kim loại, gốm
Gốm.

Chân trụ răng
Vật liệu hàn, sửa răng.
Vật liệu sửa chữa hàm.
Vật liệu sửa chữa


2

Tai, mũi,
họng

3
4

Hộp sọ
Mắt

xương mặt.
Xương tai trong
Vành tai ngoài
Sống mũi
Vách mũi, vách xoang
Sữa chữa, hàn vá hộp sọ
Thủy tinh thể

Chân tay

Nền ổ mắt
Xương và khớp hông

5
6

Thân

7

Khác

Xương chân tay
Xương sống
Tim, van tim
Chỉ khâu
Chật độn xương
Chất tạo mô nền
Da nhâ tạo tự tiêu

Gốm, polyme
Silicon, PE xốp
Silicon, gốm
Gốm
Gốm, cacbon
Plexiglas, cao su,
silicon, hydrogel
Gốm
Kim loại, gốm,
cacbon
Gốm
Gốm

Polyurethan
+C+Ti
Polyamid
Gốm
Colagen, silicon
Colagen, polyme

Yêu cầu của vật liệu sinh học.
Tính tương hợp sinh học: vậtliệu phải không gây phản ứng không tốt
d.

-

cho vật chủ nhưng kích thích sự hịa hợp mơ-vật ghép tốt. Sự xuất
hiện phản ứng viêm là điều cần thiết trong q trình lành hóa vết
-

thương nhưng nếu kéo dài sẽ gây hoại tử hoặc khơng tương thích.
Có thể khử trùng: vật liệu có thể chịu được sự khử trùng. Các kỹ thuật

-

khử trùng gồm tia gamma, khí ethylene oxid và hấp hơi nước.
Có tính chức năng: tính có chức năng của một bộ phận giả tùy thuộc

-

vào khả năng tạo được hình dáng phù hợp với một chức năng đặc biệt.
Có thể chế tạo: nhiều vật liệu có tính tương hợp sinh học nhưng trong

2.

khâu cuối cùng (khâu chế tạo thành công cụ) không thực hiện được.
Vật liệu trong công nghệ SLM dùng trong y học.
Vật liệu được sử dụng phổ biến trong công nghệ SLM ứng dụng trong
y học như titanium và các hợp kim, cobalt-crom.
Titanium và các hợp kim của nó được sử dụng cho nhiều loại cấy
ghép vì độ tương hợp sinh học cao.


Hợp kim cobalt-crom là chìa khóa ngun liệu cho ngành nha khoa và
hiện nay chúng cũng được sử dụng cho các sản phẩm thay thế hơng có
độ bền cao và các thiết bị tim mạch do tính chống ăn mịn và chống
mỏi cao.

Titan được sử dụng là một loại bột thương mại. Bột cobalt-crôm được
sản xuất bởi công nghệ IGAP.


Một số đặc tính của vật liệu của cơng nghệ SLM trong y học



3.
-

Ứng dụng của công nghệ SLM trong y học.
SLM được ứng dụng để sản xuất các nắp răng và các cây cầu trong
ngành nha khoa.

-

Nắp che và cầu răng cho ứng dụng trong nha khoa
Thay thế khớp (ví dụ hơng, đầu gối) trong phẫu thuật chỉnh hình.


-

Khớp nhân tạo ứng dụng trong phẫu thuật chỉnh hình
Thay thế xương trong phẫu thuật nha khoa, miệng và phẫu thuật
khn mặt.

-

Ngồi các mơ cấy ghép cá nhân, các dụng cụ phẫu thuật có độ chuyên
nghiệp cao và lồng ống nối tủy sống có chức năng tăng cường cũng có
thể được sản xuất với SLM.


-

Các thành phần SLM này đáp ứng tất cả các yêu cầu của các tiêu
chuẩn quy định tương ứng khi có đặc tính cơ học và tính tương thích
sinh học.