Additive Manufacturing in Medical applications Tony Thoma Dean - PowerPoint PPT Presentation

Additive Manufacturing in Medical applications Tony Thoma Dean Engineering Technology Mohawk College

Topics ¡ • What ¡is ¡Addi.ve ¡Manufacturing? ¡ • Types ¡of ¡addi.ve ¡Manufacturing ¡ • Uses ¡ • benefits ¡of ¡AD ¡ • Applica.ons ¡in ¡Health ¡Care ¡ • Mohawk ¡College ¡AMRC ¡focus ¡

Tradi.onal ¡Manufacturing ¡Processes ¡ are ¡Subtrac.ve ¡in ¡nature ¡ ¡ • material ¡is ¡wasted, ¡Time ¡consuming, ¡Consistency ¡issues, ¡Costs ¡ associated ¡with ¡low ¡volume ¡produc.on ¡ ¡

Addi.ve ¡Manufacturing ¡(AM) ¡ Commonly ¡known ¡as ¡3D ¡prin.ng ¡ • A ¡group ¡of ¡techniques ¡used ¡to ¡create ¡ components ¡directly ¡from ¡computer ¡files ¡ using ¡layering ¡process ¡of ¡material ¡ • Materials ¡include ¡a ¡wide ¡variety ¡of: ¡ – Plas.cs ¡ – Poly ¡based ¡materials ¡ – Ceramics ¡ – Metals ¡ – Bio ¡materials ¡

Common ¡Types ¡of ¡3D ¡prin.ng ¡ Type ¡ Technologies ¡ Materials ¡ Thermoplas7cs ¡(e.g. ¡PLA, ¡ABS), ¡HDPE, ¡ Extrusion ¡ Fused ¡deposi7on ¡modeling ¡(FDM) ¡ eutec7c ¡metals, ¡edible ¡materials ¡ Wire ¡ Electron ¡Beam ¡Freeform ¡Fabrica7on ¡(EBF 3 ) ¡ Almost ¡any ¡metal ¡alloy ¡ Direct ¡metal ¡laser ¡sintering ¡(DMLS) ¡ Almost ¡any ¡metal ¡alloy ¡ Electron ¡beam ¡mel7ng ¡(EBM) ¡ Titanium ¡alloys ¡ Titanium ¡alloys, ¡Cobalt ¡Chrome ¡alloys, ¡ Selec7ve ¡laser ¡mel7ng ¡(SLM) ¡ Stainless ¡Steels, ¡Aluminium ¡ Granular ¡ Selec7ve ¡heat ¡sintering ¡(SHS) ¡ Thermoplas7c ¡powder ¡ Thermoplas7cs, ¡metal ¡powders, ¡ceramic ¡ Selec7ve ¡laser ¡sintering ¡(SLS) ¡ powders ¡ Wide ¡variety ¡of ¡Poly, ¡plas7cs ¡flexibly ¡ materials ¡ PolyJet ¡ ¡ Inkjet ¡with ¡UV ¡Curing ¡ ¡ Laminated ¡ Laminated ¡object ¡manufacturing ¡(LOM) ¡ Paper, ¡metal ¡foil, ¡plas7c ¡film ¡ Stereo ¡lithography ¡(SLA) ¡ photopolymer ¡ Light ¡polymerised ¡ Digital ¡Light ¡Processing ¡(DLP) ¡ photopolymer ¡

Where ¡is ¡Addi.ve ¡Manufacturing ¡used? ¡ ¡ • Prototypes ¡ – Low ¡cost ¡method ¡of ¡verifying ¡designs, ¡dimensions, ¡ fit/form/func.on ¡ • Reverse ¡Engineering ¡ – Taking ¡component ¡where ¡drawings ¡do ¡not ¡exist ¡ and/or ¡unique ¡part ¡to ¡reproduce ¡it ¡ • Produc.on ¡parts ¡ – Iden.fying ¡under ¡what ¡condi.ons ¡AM ¡should ¡be ¡ used ¡for ¡produc.on ¡

Advantages ¡of ¡AM ¡ • Time ¡to ¡market ¡ • Eliminate ¡need ¡for ¡paRerns, ¡tooling, ¡fixtures ¡ • Complexity ¡at ¡no ¡extra ¡cost ¡ • Low ¡volume ¡parts ¡ • Redesign ¡parts ¡to ¡lower ¡weight ¡and ¡remove ¡ unnecessary ¡material ¡ ¡ • Can ¡make ¡parts ¡that ¡could ¡not ¡be ¡made ¡in ¡any ¡ other ¡process ¡ • Make ¡assembly ¡as ¡a ¡single ¡part ¡

Aerospace ¡components ¡

Movie ¡Special ¡Effects ¡

FDM ¡prin.ng ¡ ¡ Thermoplas.c ¡filament ¡enters ¡a ¡heated ¡head ¡and ¡exits, ¡under ¡high ¡ • pressure, ¡as ¡a ¡fine ¡thread ¡of ¡semi-­‑molten ¡plas.c. ¡In ¡a ¡heated ¡chamber, ¡ this ¡extrusion ¡process ¡lays ¡down ¡a ¡con.nuous ¡bead ¡of ¡plas.c ¡to ¡form ¡a ¡ layer. ¡The ¡process ¡repeats ¡to ¡manufacture ¡thermoplas.c ¡parts. ¡ Real ¡thermal-­‑plas.cs, ¡strong, ¡stable& ¡durable ¡parts, ¡good ¡mechanical ¡ • proper.es ¡

ABS ¡materials ¡ • ABS-­‑M30 ¡ ¡ ¡ • ABS-­‑M30i ¡ ¡ ¡ • ABS-­‑ESD7 ¡ ¡ ¡ • PC-­‑ABS ¡ ¡ ¡ • PC ¡(Polycarbonate) ¡ ¡ ¡ • PC-­‑ISO ¡Class ¡6 ¡: ¡Pharmaceu.cal ¡ ¡ ¡ • Ultem ¡9085 ¡ ¡ ¡ • Polyphenylsulfone ¡PPSF ¡ ¡ ¡ • Support ¡Material ¡ ¡ ¡

PolyJet ¡prin.ng ¡ ¡ with ¡four ¡or ¡more ¡inkjet ¡heads ¡and ¡ultraviolet ¡(UV) ¡lamps ¡— ¡traverses ¡the ¡ • work ¡space, ¡deposi.ng ¡.ny ¡droplets ¡of ¡photopolymers, ¡materials ¡that ¡ solidify ¡when ¡exposed ¡to ¡UV ¡light. ¡Acer ¡prin.ng ¡a ¡thin ¡layer ¡of ¡material, ¡ the ¡process ¡repeats ¡un.l ¡a ¡complete ¡3D ¡object ¡is ¡formed ¡ Smooth ¡surfaces, ¡fine ¡details, ¡mul.material ¡prin.ng ¡ ¡ •

Polyjet ¡materials ¡ ¡ • Vero ¡Family ¡– ¡Rigid ¡Opaque ¡ ¡ ¡ • FullCure ¡720 ¡-­‑ ¡Rigid ¡Transparent ¡ ¡ ¡ • Durus ¡White ¡-­‑ ¡Polypropylene ¡like ¡ ¡ ¡ • Tango ¡Family ¡-­‑ ¡Rubber ¡Like ¡ ¡ ¡ • RGD5160-­‑DM ¡-­‑ ¡ABS ¡Like ¡ ¡ ¡ • RGD525 ¡– ¡High ¡Temp ¡ ¡ ¡ • VeroDent ¡– ¡Dental ¡ ¡ ¡ • MED610 ¡– ¡Rigid ¡Biocompa.ble ¡ ¡ ¡

Plas7c ¡and ¡Polyjet ¡Machines ¡

Laser ¡and ¡Electron ¡Beam ¡technologies ¡ • Powder ¡based ¡or ¡Spray ¡systems ¡ ¡ • Material ¡is ¡typically ¡20 ¡microns ¡in ¡size ¡ • Used ¡for ¡fine ¡detail ¡where ¡dimensions ¡ are ¡cri.cal ¡ • Wide ¡variety ¡of ¡Plas.c ¡and ¡Metal ¡op.ons ¡ • Considered ¡Industrial ¡machines ¡ ¡

Main ¡Equipment ¡

Powder ¡materials ¡ ¡ Plas7cs ¡ • – Polyamides ¡( ¡alone ¡or ¡with ¡glass ¡bead ¡or ¡aluminum) ¡ – Polyamide ¡with ¡carbon ¡fibre ¡ – Polyamide ¡flame ¡retardant ¡ – Polystyrene ¡ – Polyether-­‑ether-­‑ketone ¡(Peek) ¡ ¡ Metals ¡ • – Maraging ¡steel ¡ – Stainless ¡steels ¡ – Nickel ¡based ¡alloys ¡ – Cobalt ¡Chrome ¡ – Titanium ¡64 ¡ – Aluminum ¡ – Precious ¡metals ¡ ¡

AM ¡Applica.ons ¡in ¡Health ¡Care ¡ • Pre-­‑opera.ve ¡Planning, ¡Simula.on ¡ • Clinical ¡Trials ¡ • R&D ¡ • Robo.cs ¡and ¡Automa.on ¡ • Educa.on ¡ • Marke.ng ¡ • Fossil, ¡Ar.facts ¡ • Forensics ¡ • ¡implants ¡

Dental ¡Applica7ons ¡

Medical ¡Applica.ons ¡

Case ¡study ¡of ¡custom ¡made ¡Implant ¡ CT ¡scan ¡of ¡Pelvis ¡ 3D ¡CAD ¡Bone ¡model ¡ Implant ¡design ¡ Final ¡machining ¡& ¡ Laser ¡prin.ng ¡ Finished ¡print ¡ verifica.on ¡ ¡ Pre-­‑OP ¡3D ¡model ¡ ¡ of ¡complete ¡ Post-­‑OP ¡X-­‑ray ¡of ¡ pa.ent ¡ ¡ implant ¡ ¡ ¡ Source: ¡instrumentaria ¡ ¡and ¡ EOS ¡

Orthopaedic ¡-­‑ ¡Anatomical ¡Models ¡ A: ¡Segmenta.on ¡of ¡bones ¡and ¡skin ¡form ¡CT ¡ images ¡-­‑ ¡B: ¡Create ¡a ¡3D ¡model ¡and ¡process ¡it ¡in ¡ 3-­‑ma.c ¡-­‑ ¡C: ¡3D ¡print ¡it! ¡

Original ¡vase ¡ Set ¡up ¡in ¡CT ¡Scan ¡ CT ¡Scan ¡ 3D ¡print ¡ Conversion ¡of ¡ replica ¡ CT ¡Data ¡to ¡ CAD ¡Data ¡

Custom-­‑Designed, ¡3D ¡Printed ¡Splint ¡saves ¡Life ¡of ¡Babies ¡ ¡ Source: ¡University ¡of ¡Michigan ¡ ¡ hRp://www.clickondetroit.com/lifestyl ¡e/ health/Michigan-­‑doctors-­‑use-­‑3-­‑D-­‑printer-­‑ to-­‑save-­‑baby/20270392 ¡ ¡ hRp://www.youtube.com/watch?v=xi ¡ THKH2bQN8 ¡ ¡ Case ¡study: ¡Bioresorbable ¡splint ¡by ¡ University ¡of ¡Michigan ¡ ¡

Robo7c ¡Surgery ¡concept ¡to ¡prototype ¡to ¡produc7on ¡

Mohawk ¡Addi.ve ¡Manufacturing ¡ Resource ¡Centre ¡(AMRC) ¡focus ¡ • Applied ¡Research ¡Center ¡ ¡ – Invite ¡industry ¡in ¡to ¡explore ¡the ¡world ¡of ¡Addi.ve ¡ Manufacturing ¡ – Learn ¡from ¡each ¡other ¡ – Develop ¡design ¡concepts ¡and ¡best ¡prac.ces ¡for ¡the ¡technology ¡ – Bring ¡the ¡learnings ¡back ¡to ¡the ¡classroom ¡ ¡ • Powdered ¡Metals ¡raw ¡material ¡ – Technology ¡Selected ¡ • Direct ¡Metal ¡Laser ¡Sintering ¡(DMLS) ¡ – Complementary ¡plas.c ¡capability ¡ ¡ • Selec.ve ¡laser ¡sintering ¡(SLS) ¡ – FDM ¡plas.c ¡machines ¡as ¡well ¡