Stampa 3D per il settore Medicale

Stampa 3D ne settore Medicale

Scoprire e sondare le potenzialità della stampa 3D è una sfida quotidiana che continua ad affascinare persino i non addetti ai lavori. Nel corso degli ultimi anni abbiamo assistito ad una vera e propria rivoluzione tecnologica che ha aperto le porte a innumerevoli applicazioni sino ad allora inesplorate. L’industria manifatturiera è stata la prima a cogliere i vantaggi dell’additive manufacturing, con un incremento di benefici che ha superato i tradizionali metodi produttivi. Ma tra i settori in cui la stampa 3D sta alzando l’asticella del possibile conquista dopo conquista, quello medicale rimane uno dei più sorprendenti.

Secondo recenti proiezioni la crescita percentuale media in questo settore sarà addirittura maggiore di quella dell’Automotive, attualmente il settore con più applicazione insieme a quello della produzione dei beni di consumo.

Stampa 3D Settori di applicazione

(Fonte: Technavio)

 

La sfida principale del settore medicale rimane infatti posizionarsi sul mercato con prodotti validi e competitivi dal punto di vista clinico. Quando si parla di healtcare, è facilmente intuibile come anche, e soprattutto, la stampa 3D debba tener conto di stringenti vincoli normativi ed etici che caratterizzano da sempre il rapporto medico paziente. Questo è particolarmente vero quando si parla di materiali biocompatibili, finalizzati al contatto umano e, sempre più spesso, concepiti per un uso intracorporeo.

Questo però non deve scoraggiare la ricerca. I vantaggi infatti superano gli inconvenienti e la stampa 3D trova già oggi un’ampia applicazione nel settore medicale:

    • nei percorsi di formazione professionale
    • nella pianificazione degli interventi
    • nella prototipazione e produzione di dispositivi medici di ultima generazione come protesi e impianti.

 

Stampa 3D: dalla teoria alla sala operatoria

Prima ancora che per la produzione di componenti biocompatibili, la stampa 3D nel settore medicale viene impiegata a scopo scolastico e illustrativo per la realizzazione di modelli multi-materiale che replichino fedelmente la complessità delle patologie di volta in volta in esame. Le applicazioni sono allora riconducibili a qualsiasi ambito clinico: la possibilità di toccare con mano dei modelli anatomici estremamente fedeli rivoluziona l’approccio alla diagnosi. La stampa 3D non riproduce solo forme e volumi, ma anche le densità, restituendo sensazioni tattili che lo schermo di un computer non può trasmettere. L’uso poi di componenti trasparenti consente una visione d’insieme senza precedenti, con elementi come vasi sanguigni o tessuti nascosti che ora hanno un’esatta collocazione immediatamente osservabile. Una nuova operatività è resa possibile dalla rappresentazione 3D di organi, ossa e tessuti affetti da specifiche patologie. Non solo, una fedele riproduzione tridimensionale aiuta il paziente e i familiari nella comprensione della propria condizione clinica: team operatorio, team di assistenza post operatorio e pazienti possono finalmente comunicare i dettagli di interventi complessi, con i benefici che ne conseguono per tutte le parti coinvolte.

In chirurgia tutto ciò risulta fondamentale nella pianificazione di un intervento. Ottimizzare le fasi preparatorie significa anche poter trascorrere meno tempo in sala operatoria. Il team medico infatti, attraverso fedeli rappresentazioni 3D può ora visualizzare l’intera operazione conoscendo in anticipo l’anatomia del paziente. Tutto ciò è reso possibile dalla conversione dell’immagine diagnostica (risonanza magnetica, ecografia,TAC etc) in un apposito file digitale reso poi compatibile per la stampa 3D: un sistema integrato di rapida attuazione e con margini di errore prossimi allo zero.

Per quanto riguarda invece la prototipazione e produzione di dispositivi medici, con la stampa 3D è già possibile replicare ossa, denti, vertebre, organi, protesi, impianti o persino arterie e vasi sanguigni, come accade nei grandi istituti di ricerca. Oggi la stampa 3D nel settore medicale trova un’applicazione clinica soprattutto nella chirurgia maxillo-facciale e in ortopedia: si tratta di impianti biocompatibili, spesso in titanio, deputati all’allineamento o alla sostituzione di parti ossee, di supporti e guide per la precisione nei tagli, di sostegni di correzione chirurgica e di protesi articolari o odontoiatriche.

L’abbattimento dei costi e la flessibilità produttiva fa sì che nuove realtà mediche possano sorgere anche fuori dai contesti delle grandi aziende farmaceutiche. Nuovi criteri diagnostici e interventi mirati poco invasivi si avvalgono della stampa 3D per la riduzione dei rischi in fase pre, intra e post operatoria.

 

Stampa 3D: la rivoluzione passa anche per i materiali

La scelta del “materiale giusto” resta il nodo focale dell’applicazione della stampa 3D al settore medicale. La prototipazione rapida 3D infatti non riguarda soltanto riproduzioni a scopo formativo, strumenti di sostegno esterni (protesi acustiche o tutori resistenti ma superleggeri) o una migliorata strumentazione chirurgica (che per esempio si adatta perfettamente alla mano del chirurgo o alle parti terminali dei robot collaborativi): la sfida oggi è portare l’oggetto stampato dentro il corpo del paziente e far si che vi rimanga senza complicazioni e senza deficit di performance.

Tener conto delle esigenze di biocompatibilità è dunque imperativo già in fase di progettazione. Normative internazionali e istituti specializzati hanno il compito di definire i canoni univoci di ogni dispositivo medico: questo infatti deve rispondere ad alcuni parametri legati alle condizioni di utilizzo, alla composizione, alle finalità e ai tempi di esposizione o contatto diretto con il paziente. A tal fine occorre testare i prodotti stampati e assicurarsi della loro idoneità.

Tra i materiali attualmente impiegati dalla stampa 3D nel settore medicale vanno menzionati:

    • la lega di titanio Ti6Al4v: conosciuta anche come Titanio Grado 5, è un materiale dalla biocompatibilità eccellente. Compatto, leggero e altamente resistente ai processi corrosivi, il titanio è ampiamente impiegato nella costruzione di protesi, impianti e dispositivi medici generici. Questa lega infatti ha proprietà osteointegrative che la rendono perfetta per la sostituzione di parti mancanti o per il sostegno in fase di allineamento e taglio chirurgico.
    • i poliammidi: la resistenza al calore e agli agenti chimici rende questo polimero adatto per protesi destinate a garantire stabilità a lungo termine.
    • le resine: benché di limitata biocompatibilità, sono invece ideali per la simulazione di modelli anatomici multi-materiale e multi-colore, che evidenzino la complessità di un sistema e favoriscono la pianificazione chirurgica e la comunicazione con i pazienti.
    • Impieghi simili trova l’ABS: grazie alla sua traslucidità consente di sondare persino il movimento dei fluidi, per una visione d’insieme tridimensionale senza precedenti.