Application of manufacturing generative techniques in the development of biomedical products

• Autorzy: Skalski K. , Haraburda M. , Borkowski P.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie generatywnych technik wytwarzania w rozwoju wyrobów biomedycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article concentrates on the subject matter of the development of innovative biomedical products with the application of manufacturing generative techniques such as: Rapid Prototyping, Rapid Tooling and Rapid Manufacturing. At the beginning a cycle of product manufacturing, its life and development were presented, giving as an example the project of the growing-up patients' endoprosthesis of a lengthened lower limb. This cycle showed a satisfactory practical application of the functional prototype produced in one of the generative technologies. Then the chosen technologies of Rapid Prototyping, such as: SLA, SLS and FDM were characterized. Their characteristic was supplemented by: the statement of basic technological parameters, the description of some of the materials which arę used in these technologies and some interesting exemplary medical and engineering applications. It was emphasized that the characterized technologies play quite an important role in the development of generative technologies. Rapid Tooling technology which is used in bioengineering was discussed in more details. Here the special emphasis was put on the indirect technologies such as: vacuum casting and investment casting and on a metal spraying technique. The final part of the article presents the main restrictions for generative technologies and development tendencies in the nearest future.

PL

W artykule podjęto tematykę rozwoju innowacyjnych wyrobów biomedycznych z zastosowaniem Generatywnych Technik Wy¬twarzania (GTW), jak: Rapid Prototyping, Rapid Tooling i Rapid Manufacturing. Na wstępie zaprezentowano cykl wytworzenia produktu, jego życia i rozwoju na przykładzie projektu endoprotezy wydłużalnej kończyny dolnej pacjentów dorastających. W cyklu tym pokazano udane praktyczne zastosowanie prototypu funkcjonalnego wytworzonego w jednej z technologii generatywnych. Następnie scharakteryzowano wybrane technologie Rapid Prototyping, jak: SLA, SLS oraz FDM. Ich charakterystykę uzupełniono przez podanie podstawowych parametrów technologicznych, opis niektórych materiałów stosowanych w tych technologiach oraz interesujące przykładowe aplikacje medyczne i inżynierskie. Podkreślono, że charakteryzowane technologie odgrywają znaczącą rolę w rozwoju technologii GTW. Szczegółowiej omówiono technologię Rapid Tooling wykorzystaną w bioinżynierii. Zwrócono tutaj szczególną uwagę na technologie pośrednie, jak: odlewanie próżniowe i precyzyjne oraz na technikę metalizacji natryskowej. W końcowej części pracy podano główne ograniczenia technologii generatywnych oraz tendencje rozwojowe w niedalekiej przyszłości.

Słowa kluczowe

EN

phases of product development; generative technologies; biomedical engineering

PL

fazy rozwoju produktu; technologie generatywne; inżynieria biomedyczna

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 30--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., fot.

Twórcy

autor

Skalski K.

• Warsaw University of Technology
• Institute of Precision Mechanics, Warsaw

autor

Haraburda M.

• Warsaw University of Technology

autor

Borkowski P.

• Białystok University of Technology

Bibliografia

• [1] Brown G.A., Firoozbakhsh K., Reyna Jr. J.R.: Rapid prototyping is the future of orthopaedic trauma surgery. The 2003 Annual Meeting Edition of AAOS Bukketin, Academy News, Scientific Exhibit No. SE113.
• [2] Chlebus E.: Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2000.
• [3] Chua C.K., Leong K.F., Lim C.S.: Rapid Prototyping: Principles and Applications. 3rd Ed. World Scientific Publishing Company 2010.
• [4] Borkowski P.: Badanie i ocena funkcjonalności nowej konstrukcji endoprotezy wydłużalnej dla pacjentów dorastających. Praca doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa 2009.
• [5] Gebhardt A.: Generative Fertigungsverfahren. Rapid Prototyping - Rapid Tooling - Rapid Manufactooring, Hanser Fachbuch 2007.
• [6] Jacobs P.F.: Rapid prototyping and manufacturing: fundamentals of stereolithography. Society of Manufacturing Engineers, 1992.
• [7] Jardini A.L., Larosa M.A., Filho R.M., de Carvalho Zavaglia C.A., Bernardes L.F., Lambert C.S., Calderoni D.R., Kharmandayan P.: Cranial recon-struction: 3D biomodel and custom-built implant created using additive manufacturing. „Journal of Cranio-Maxillo-Facial Surgery", 2014, 42, 1877-1884.
• [8] Khaing M.W., Fuh J.U.H., Lu L.: Direct metal laser sintering for rapid tooling: processing and characterization of EOS parts. „Journal of Materials Processing Technology", 2001, 113, 269-272.
• [9] Kruth J.P.: Material Incress Manufacturing by Rapid Prototyping Techniques. CIRP Annals-Manufacturing Technology" 1991, vol. 40, issue 2, p. 603-614.
• [10] Ma R., Odhner L., Dollar A.: A Modular, Open-Source 3D Printed Underactuated Hand. 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automa-tion (IGRA), Karlsruhe, Germany, May 6-10, 2013.
• [11] Negi S., Dhiman S., Sharma R.: Basics and applica-tions of rapid prototyping medical models. „Rapid Prototyping Journal", 2014, vol. 20, nr 3, 256-267.
• [12] Oczoś K.: Rapid prototyping w procesach odlewni¬czych. Część l - Istota i charakterystyka metod szybkiego wytwarzania prototypów. Prace Instytutu Odlewnictwa, Kraków 1997.
• [13] Rosochowski A., Matuszak A.: Rapid tooling: the state of the art. „Journal of Materials Processing Technology", 2000, vol.106, nr 1-3, p.191-198,
• [14] Salmi M., Tuomi J., Paloheimo K.S., Bjorkstrand R., Paloheimo M., Salo J., Kontio R., Mesimaki K., Makitie A.: Patient-specific reconstruction with 3D modeling and DMLS additive manufacturing. „Rapid Prototyping Journal" 2012, 18/3, 209-214.
• [15] Skalski K. (red.): Endoproteza krążka miedzykręgowego kręgosłupa - konstrukcja, technologia wytworzenia i przygotowanie do zastosowań klinicznych. Wydawnictwo Instytutu Obróbki Plastycznej, Poznań 2013.
• [16] Skalski K., Haraburda M., Bossak M.: Rapid Prototyping by Stereolithography Method in Bioengineering. 2nd International Conference on Machining and Measurements of Sculptured Surfaces, MMSS'2000, Kraków, 20-22.09.2000, pp.584-600.
• [17] Skalski K., Haratym R., Goebel J., Plewicki J.: Manufacturing process of precision ceramic mauld for endoprosthesis including rapid prototyping technique. II Conference on Advances in Production Engineering, APE'2001, 7-9 June 2001 Warsaw, pp.ll/145-152.
• [18] Stoor P., Suomalainen A., Lindqvist Ch., Mesimaki K., Danielsson D., Westermark A., Kontio R.: Rapid prototyped patient specific implants for reconstruction of orbital wali defects. „Journal of Cranio-Maxillo-Facial Surgery" 2014, 42, 2014, p. 1644-1649.
• [19] Tarsitano A., Mazzoni S., Cipriani R., Scotti R., Marchetti C., Ciocca L.: The CADeCAM technique for mandibular reconstruction: Ań 18 patients oncological case-series. „Journal of Cranio-Maxillo-Facial Surgery" 2014, 42, 1460-1464.
• [20] Weiss E., Waraczyński B.: Zastosowanie technologii Vacuum Casting do wytwarzania prototypów funkcjonalnych. Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Budowa Maszyn i Zarządzane Produkcją, 2007, nr 5, s. 89-96.
• [21] www.3dsystems.com.
• [22] www.arcam.com.
• [23] www.eos.info.
• [24] www.stratasys.com.