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Fabbricazione additiva per applicazioni mediche
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L'uso delle applicazioni di produzione additiva è in aumento, con un valore di mercato che dovrebbe passare da 6 miliardi di dollari nel 2017 a quasi 26 miliardi di dollari entro il 2022. Il vantaggio della produzione additiva deriva dalla creazione di strutture complesse che variano per complessità, personalizzazione, leggerezza, resistenza e velocità. Mentre la produzione additiva per i dispositivi medici continua a guadagnare slancio, ci sono cinque aree principali in cui vediamo le maggiori opportunità di crescita da questa tecnologia in evoluzione.
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Vediamo come le capacità della produzione additiva sono diventate il metodo di produzione de facto in questi settori.
Odontoiatria
Il mercato più grande per la produzione additiva in medicina è attualmente quello dell'odontoiatria e della relativa ortodonzia, come ponti, corone, apparecchi e protesi. Attualmente l'odontoiatria digitale rappresenta un'industria da 2,5 miliardi di dollari, destinata a più che raddoppiare in pochi anni. L'odontoiatria digitale è più un flusso di lavoro che una singola tecnologia. Il processo inizia tipicamente con un modello o un'impronta scansionabile che viene successivamente convertita in dati digitali 3D.
Molti apparecchi dentali stampati in 3D sono facilmente personalizzabili per un adattamento preciso e sono stampabili in una varietà di substrati, dai polimeri flessibili al titanio rigido.
Esistono anche stampanti specializzate configurate per utilizzare il software di scansione dentale, insieme a resine biocompatibili, che possono essere inserite in piccoli uffici e cliniche per soluzioni immediate e pronte in un solo giorno.
Modelli anatomici
Il corpo umano è complesso e ognuno è unico. Pertanto, quando i medici e gli operatori sanitari devono prendere in considerazione trattamenti individuali, è di grande aiuto vedere un modello accurato del soggetto in questione, che si tratti di un osso, di un organo, di un tumore o di un arto.
Per fortuna, oggi questo è una realtà. Sono stati fatti grandi passi avanti nella tecnologia di imaging medico, tra cui una scansione 3D a colori estremamente accurata fino al livello vascolare. Utilizzando questi dati, insieme a un sofisticato software di mappatura topologica come Mimics® di Materialise, gli ingegneri biomedici possono usare le stampanti 3D per creare modelli realistici da analizzare.
Da questi modelli, i medici possono poi elaborare strategie chirurgiche, come ad esempio la posizione delle incisioni. Inoltre, i modelli assemblati da più pezzi possono essere smontati per rivelare le strutture all'interno che altrimenti sarebbero state bloccate dalla vista del chirurgo. Il numero di ospedali negli Stati Uniti con una struttura centralizzata per la stampa 3D è cresciuto in modo esponenziale, passando da tre nel 2010 a più di 100 entro il 2019.
Strumenti generali
Si tratta di un'ampia categoria di attrezzature ausiliarie che sarebbe costoso e lungo sviluppare in piccoli volumi. Comprende pinze o impugnature progettate per l'anatomia di un singolo paziente, eventualmente per facilitare esami, trattamenti o procedure chirurgiche.
Le applicazioni di fabbricazione additiva sono utilizzate anche in molti Paesi in via di sviluppo per progettare morsetti, cateteri e altri accessori non specifici, che possono essere prodotti sul posto in modo rapido ed economico, in base alle necessità.
Protesi e ortesi
La tecnologia di produzione additiva ha contribuito ad ampliare le opzioni dei pazienti per protesi e ortesi in termini di vestibilità, funzionalità ed estetica. Una protesi può essere una sostituzione di una parte del corpo, sia internamente (ad esempio, l'articolazione dell'anca) che esternamente (ad esempio, un arto mancante).
Tradizionalmente, gli arti protesici erano inadeguati nelle loro opzioni di personalizzazione. Le loro funzionalità erano limitate o incredibilmente costose, in quanto richiedevano molte misurazioni, prove di adattamento e abilità artigianali inaccessibili a molte persone. Ciò è particolarmente vero nelle aree remote o nelle regioni in cui si verificano conflitti militari, dove tali protesi sono molto richieste.
Anche le ortesi sono pezzi personalizzati, realizzati per aiutare la struttura ossea di chi le indossa con un sostegno supplementare o correggendo problemi di disallineamento. Grazie all'impiego di polimeri moderni, i plantari in plastica stampati in 3D sono resistenti, leggeri, durevoli e anche malleabili per un maggiore comfort. Possono anche contribuire ad attenuare il dolore ai piedi causato da patologie come il diabete, l'artrite o la fascite plantare.
Monitoraggio della salute e somministrazione di farmaci
Un altro vantaggio della produzione additiva per i dispositivi medici è la possibilità di realizzare micro gadget complessi che funzionano all'interno del corpo per somministrare farmaci o monitorare la salute del paziente.
Il MIT, in collaborazione con il Brigham and Women's Hospital di Harvard, ha sviluppato un dispositivo ingeribile che può rimanere nello stomaco per un mese. Autoalimentato, fornisce quantità discrete di farmaci per i pazienti che necessitano di cure a lungo termine, tra cui quelli che hanno bisogno di trattamenti per il cancro o l'HIV. Questo dispositivo è attualmente in fase di sperimentazione, ma rappresenta il tipo di approccio che molti altri ricercatori stanno cercando di perfezionare.
Questi microdispositivi saranno presto in grado di trasmettere dati in modalità wireless a un dispositivo medico indossabile esterno per un monitoraggio dettagliato della salute. Altri sensori stampati possono essere iniettati nel flusso sanguigno per fornire un monitoraggio attivo dei livelli di glucosio nel sangue, dell'ossigenazione del sangue e di altre metriche critiche che i medici utilizzeranno per rispondere rapidamente alle condizioni mediche di un paziente.
Queste sono solo alcune delle straordinarie applicazioni realizzate con questa tecnologia di produzione additiva trasformativa.