.png){kind=small}
.png){kind=small}
Wie zijn de mensen die de toekomst van 3D-printing in ziekenhuizen vormgeven?
Het Europese project Inside 3D brengt onderzoekers, artsen, apothekers, ingenieurs en tal van andere experts samen rond één gemeenschappelijke ambitie: 3D-printing in ziekenhuizen verder ontwikkelen om de zorg en medische opleiding te verbeteren.
Met deze interviewreeks nodigen we u uit om kennis te maken met de partners die het project elke dag mee vormgeven. Elk van hen deelt zijn of haar expertise, rol binnen Inside 3D en visie op de mogelijkheden die 3D-printing biedt voor het ziekenhuis van morgen.
Vandaag geven we het woord aan Nicolas Béthune, onderzoeksingenieur, die werkt aan het 3D-printen van medische hulpmiddelen in een titaniumlegering, met als doel op maat gemaakte onderdelen te ontwikkelen die zijn aangepast aan de anatomie van de patiënt.
Kun je ons vertellen wat jouw rol binnen Inside 3D is?
Ik ben onderzoeksingenieur en werk aan het 3D-printproces voor medische hulpmiddelen in een titaniumlegering.
Mijn rol binnen het project bestaat erin om via 3D-printing osteosyntheseplaten te produceren, die worden gebruikt om botten bij kaakfracturen weer met elkaar te verbinden, evenals prothesen voor het kaakgewricht. Deze prothesen helpen om de beweeglijkheid bij het openen van de mond te herstellen na gewrichtscomplicaties.
Het belangrijkste voordeel van deze productiemethode is dat we onderdelen op maat kunnen maken die rechtstreeks zijn aangepast aan de anatomie van de patiënt. Een tweede voordeel is de mogelijkheid om deze productiemethode binnen het ziekenhuis te integreren en de prothese daar rechtstreeks te produceren.
Waarom is titanium een bijzonder interessant materiaal voor de productie van 3D-geprinte medische hulpmiddelen?
Titanium heeft een zeer goede biocompatibiliteit, met name dankzij zijn vermogen om van nature een beschermende laag te vormen die het uiterst corrosiebestendig maakt. Dat is van essentieel belang voor elk medisch implantaat.
Bovendien liggen de mechanische eigenschappen van titanium dicht bij die van bot, terwijl het tegelijkertijd een hoge mechanische sterkte heeft.
Ten slotte kan het via 3D-printing worden vormgegeven dankzij het MIM-Like-proces (Metal Injection Molding), waardoor het een zeer geschikte kandidaat is voor dit project.
De ontwikkeling van een 3D-geprint medisch hulpmiddel in titanium vereist verschillende stappen voordat een geschikt onderdeel wordt verkregen. Welke stap is momenteel het moeilijkst te beheersen en waarom?
De productie van een titanium onderdeel via het MIM-Like-proces, dat in het vorige antwoord werd genoemd, bestaat uit vier stappen. Sommige daarvan zijn moeilijker te beheersen dan andere.
- De formulering: in een extruder mengen we polymeerkorrels met titaniumpoeder om een gevuld filament voor 3D-printing te maken. Dit is een complexe stap, omdat fouten in de verhoudingen, homogeniteit of diameter van het geproduceerde filament systematisch tot problemen in de volgende fasen leiden.
- Het printen: het verkregen filament wordt geprint om het onderdeel vorm te geven. Daarbij moeten de juiste parameters voor temperatuur, snelheid en materiaaltoevoer worden gevonden om succesvolle onderdelen te verkrijgen.
- Het ontbinden: vervolgens moet het polymeer uit het onderdeel worden verwijderd. Hiervoor laten we onze onderdelen in een oplosmiddel weken om ongeveer 65% van het polymeer te verwijderen. Daarna worden de onderdelen in een oven verhit om het resterende polymeer te verbranden. Dit is een cruciale stap, want achtergebleven polymeer kan leiden tot de aanwezigheid van koolstof of zuurstof in onze legering, waardoor de samenstelling ervan verandert.
- Het sinteren: dit is de moeilijkste stap om te beheersen. We verhitten onze onderdelen tot een temperatuur van meer dan 1.300 graden, zodat het poeder verdicht en een dicht mechanisch onderdeel ontstaat. De opwarmings- en afkoelsnelheden moeten nauwlettend worden gecontroleerd, omdat deze de microstructuur van het verkregen titanium bepalen.
Vandaag ondervinden we nog moeilijkheden tijdens het ontbinden (en bijgevolg ook tijdens het sinteren), met name wat de stabiliteit van het proces betreft. De formulering en het printen leveren daarentegen geen problemen meer op. Daardoor kunnen we veel onderdelen produceren om de parameters van de laatste twee stappen verder te optimaliseren.
Als jullie onderzoek slaagt, wat zou dit concreet kunnen veranderen voor ziekenhuizen of patiënten?
Als ons onderzoek slaagt, zou dit het mogelijk maken om de productie van prothesen rechtstreeks binnen het ziekenhuis uit te voeren en te versnellen. Zo zouden we patiënten complexe prothesen op maat kunnen aanbieden binnen een termijn van ongeveer één week.
Het Inside 3D-project is inmiddels halverwege. Welk moment is je tot nu toe het meest bijgebleven en waar kijk je het meest naar uit voor het vervolg?
Halverwege het project zijn we erin geslaagd ons filament op een stabiele manier te formuleren en vorm te geven. Het meest memorabele moment voor mij was toen een stagiair zonder expertise in 3D-printing met ons filament en onze printparameters verschillende Benchy’s kon maken. Dit zijn modellen die als test voor 3D-printing worden gebruikt en die tal van complexe geometrieën bevatten.
Dit toont aan dat het mogelijk is om 3D-printing met gevuld polymeer toegankelijker te maken. De opeenvolgende succesvolle prints tonen bovendien aan dat het printproces eindelijk stabiel is.
Toch hebben we nog werk voor de boeg om het ontbinden en sinteren verder te optimaliseren en uiteindelijk titanium van implanteerbare kwaliteit te verkrijgen.
Binnenkort volgt een nieuw interview in onze reeks Achter de schermen bij Inside 3D en maken we opnieuw kennis met een van de mensen die de ontwikkeling van 3D-printing in ziekenhuizen mee vooruithelpen.
