Um dos campos mais promissores para aplicações de impressão 3D é a indústria médica, que exige componentes plásticos e metálicos personalizáveis, biocompatíveis e esterilizáveis. Embora a fabricação aditiva possa parecer ficção científica, um número crescente de aplicações médicas está sendo desenvolvido usando essa tecnologia a cada ano.

Com a impressão 3D, os pacientes podem obter implantes, próteses e dispositivos personalizados de forma eficiente e acessível; isso oferece aos médicos novas ferramentas para desempenhar seus trabalhos de maneira mais eficaz; e permite que os fabricantes de dispositivos médicos projetem produtos melhores mais rapidamente. Pesquisas estão até sendo realizadas para imprimir tecidos e órgãos vivos em 3D!

A impressão 3D para fins médicos tem muitas vantagens

Por que a impressão 3D é tão útil no campo médico? A impressão 3D alinha-se bem com as capacidades da medicina moderna de várias maneiras.

É necessário projetar implantes, próteses, dispositivos, modelos anatômicos e até ferramentas de acordo com as necessidades específicas de cada paciente. O processo de personalização é demorado e caro com a tecnologia tradicional. Como alternativa, a impressão 3D pode produzir pequenas séries de peças personalizadas sem custo adicional e sem tempo de ferramenta ou configuração. Os corpos humanos estão entre os mais personalizados de todos os produtos, e a fabricação aditiva se destaca nessas aplicações.

É comum que dispositivos médicos tenham designs complexos, geometrias internas ou formas orgânicas. Considere, por exemplo, as espirais e espaços ocos em um aparelho auditivo ou em um coração! Tradicionalmente, essas formas seriam difíceis ou impossíveis de fabricar.

Com a impressão 3D, geometrias de peça única podem ser produzidas facilmente em plástico ou metal com alta precisão. Isso pode levar a designs aprimorados, além de reduzir custos e tempos de produção. Além de facilitar uma esterilização mais fácil, eliminar fendas e lacunas entre várias partes torna os dispositivos mais difíceis para o crescimento de bactérias.

Os materiais de um dispositivo são tão importantes quanto seu design quando se trata de dispositivos médicos. A impressão de materiais em 3D oferece propriedades mecânicas, químicas e térmicas que os tornam perfeitos para uso em materiais biocompatíveis e esterilizáveis. É possível imprimir componentes em 3D que são rígidos ou flexíveis e suaves ou texturizados. Quase qualquer aplicação pode se beneficiar de materiais impressos em 3D.

Comparado a outras tecnologias, a impressão 3D também oferece velocidades de produção inigualáveis. O tratamento de pacientes não é diferente. Devido ao longo prazo da fabricação tradicional, os pacientes frequentemente têm que esperar meses para poder começar seu programa de tratamento ou consultar vários médicos e passar por vários procedimentos invasivos para usar e reusar seus dispositivos médicos. O paciente é inconveniente e pode sentir desconforto adicional, no melhor dos casos. A condição do paciente pode piorar ou até mesmo ser fatal se houver atrasos no tratamento.

Como benefício final, as impressoras 3D possibilitaram que os profissionais médicos eliminassem gessos usando escaneamento 3D e raios-X para criar rapidamente modelos 3D, eliminando a necessidade de armazenar inúmeros gessos físicos. Além de economizar espaço, isso também reduz o potencial de danos por manuseio inadequado ou envelhecimento. Um modelo 3D é um modelo preciso e permanente que pode ser acessado em qualquer lugar, economizando tempo e dinheiro para os profissionais médicos.

Usando a impressão 3D no campo médico

Próteses Impressas em 3D

A medicina protética exige intensa personalização, o que torna a fabricação de próteses demorada e cara. Como esses dispositivos e seus encaixes estão sujeitos a uso rigoroso, um ajuste perfeito é crítico para criar uma prótese confiável, confortável e funcional para o paciente. Todas essas razões e mais contribuíram para a revolução no campo das próteses impressas em 3D.

Em geral, vários moldes e consultas de acompanhamento são necessários para ajustar o encaixe da prótese. Pacientes que podem ser sensíveis à sua condição frequentemente sentem que isso é mais do que um incômodo: fazer um molde pode ser desconfortável, e os muitos ajustes podem ser invasivos. Sem mencionar que o tempo gasto em ajustes e reajustes representa o tempo sem uma prótese ajustada corretamente.

Ao usar a impressão 3D, os pacientes não precisam mais usar um molde físico. Como alternativa, os técnicos podem usar scanners 3D para criar rapidamente um modelo 3D do membro residual. Com base nesse escaneamento 3D, um encaixe impresso em 3D pode ser feito com precisão e acessibilidade, geralmente exigindo apenas um ajuste para completar.

Dispositivos e implantes personalizados para cada paciente

A personalização não se limita ao campo da medicina protética. Dispositivos (como aparelhos auditivos) e implantes (como articulações artificiais, placas cranianas e até válvulas cardíacas) estão cada vez mais recorrendo à impressão 3D por sua flexibilidade e velocidade.

O método tradicional de ajuste de aparelhos auditivos e válvulas cardíacas tem sido extensivo, com ajustes feitos à mão durante uma semana ou mais. Desde o molde até o ajuste, um aparelho auditivo exigia nove etapas antes da impressão 3D. Agora, os aparelhos auditivos podem ser escaneados e impressos em um único dia com escaneamento 3D.

Há também vantagens no design: válvulas cardíacas de silicone impressas em 3D fornecem um ajuste exato que válvulas rígidas fabricadas tradicionalmente simplesmente não conseguem. Implantes, como articulações artificiais de titânio ou placas cranianas, podem ser impressos com superfícies complexas e porosas que são menos propensas a serem rejeitadas pelos corpos dos pacientes.

Ortodontia e odontologia

Dispositivos ortodônticos e implantes dentários exigem extensa personalização com alta precisão. Dentaduras, coroas, implantes e retenedores devem ser duráveis, precisos e confortáveis, porque nossos dentes enfrentam um uso intenso dia após dia. Além disso, eles precisam ser feitos de materiais biocompatíveis, como cobalto-cromo e porcelana.

Usando a impressão 3D, os profissionais de odontologia e ortodontia podem realizar tudo isso mais rapidamente e a um custo mais baixo do que os métodos tradicionais, como usinagem. Dispositivos dentários podem ser produzidos de forma rápida e fácil usando escaneamentos 3D e raios-X em vez de moldes ou configurações.

No caso de dispositivos como aparelhos ortodônticos ou expansores que não exigem componentes impressos em 3D, modelos impressos em 3D feitos de plásticos esterilizáveis podem ser usados para medir forma e ajuste, eliminando a necessidade de ajustes ou visitas repetidas de pacientes.

Desenvolvimento de dispositivos médicos

A pesquisa, desenvolvimento e certificação de dispositivos médicos são extremamente demorados e exigem muitos recursos. Frequentemente, o alto preço dos dispositivos médicos não é causado pelos custos de fabricação, mas pelo caro desenvolvimento de produtos. Como a impressão 3D oferece uma variedade de materiais biocompatíveis e esterilizáveis, ela permite que os desenvolvedores de dispositivos médicos produzam e testem protótipos funcionais em uma fração do tempo, resultando em produtos melhores e custos mais baixos.

As vantagens da fabricação aditiva para o desenvolvimento de produtos incluem o tempo rápido de resposta, facilidade de alterações e baixo custo para volumes muito pequenos de peças. Pode economizar centenas de milhares de dólares e meses de tempo no desenvolvimento de produtos. Dispositivos médicos devem passar por um processo rigoroso e longo de certificação, portanto, essas economias de tempo e custo são especialmente valiosas.

 

Instrumentos cirúrgicos personalizados

Precisão e eficiência são cruciais na sala de operações. Os desafios únicos de cada procedimento não podem ser subestimados—o corpo de cada paciente é diferente, assim como as mãos de cada cirurgião. Se o controle fino é essencial, por que os cirurgiões devem ser restritos a ferramentas de tamanho único?

Usando a impressão 3D, ferramentas cirúrgicas personalizadas podem ser produzidas rapidamente e de forma acessível, adaptadas às necessidades específicas de cada cirurgião e cada procedimento. Essas ferramentas são feitas de plásticos e metais esterilizáveis e biocompatíveis. Elas podem ser produzidas com tanta rapidez que os hospitais não precisam manter um grande estoque de instrumentos, podendo encomendá-los conforme necessário.

Instrumentos que são personalizados para o tamanho e forma das mãos de cada cirurgião, juntamente com características adaptadas para cada aplicação, podem melhorar significativamente os resultados e a eficiência. Além disso, guias cirúrgicas feitas especificamente para cada paciente podem aumentar a precisão enquanto reduzem o tempo gasto na sala de operações, eliminando a necessidade de consultar diagramas e assistentes.

Modelos de anatomia personalizada

Modelos anatômicos são caros e, mesmo os melhores, oferecem uma gama limitada de opções. Profissionais e estudantes usam regularmente modelos para educação, treinamento, preparação para cirurgias e para fornecer auxílios visuais aos pacientes.

A impressão 3D pode ajudar os profissionais médicos e educadores a criar modelos anatômicos personalizados e acessíveis. Cirurgiões podem praticar cirurgias difíceis usando modelos específicos para o paciente que reproduzem exatamente o que eles encontrarão durante a cirurgia.

Bioprinting

Não seria interessante se as impressoras 3D usassem células e matéria orgânica em vez de plástico e metal? Esse é o conceito básico do bioprinting—o que há de mais avançado na impressão 3D na indústria médica.

Embora a maioria das tecnologias e aplicações de bioprinting ainda esteja em seus estágios iniciais, pesquisadores já conseguiram imprimir ossos, pele e cartilagem. Um dia, talvez possamos até imprimir órgãos funcionais em 3D.

O bioprinting funciona de maneira semelhante a outras técnicas de impressão 3D: o material é depositado ou solidificado em camadas sucessivas para criar objetos 3D. No bioprinting, no entanto, as células são cultivadas a partir de amostras de tecido ou células-tronco. Um gel de ligação ou estrutura de colágeno mantém as células unidas.

Partes do corpo e órgãos bioimpressos permitiriam que o tecido do paciente crescesse sobre as partes impressas em 3D e, eventualmente, substituísse as células impressas por suas próprias. Embora seja improvável que vejamos órgãos bioimpressos funcionais em breve, a tecnologia já está ajudando pesquisadores a realizar pesquisas em tecidos vivos sem precisar retirá-los de um organismo vivo.

Materiais médicos impressos em 3D

Nem todos os materiais são iguais quando se trata de produtos médicos. Como microrganismos podem causar infecções que colocam a vida em risco, dispositivos médicos e implantes devem ser esterilizáveis. Um produto que entrará em contato com tecido também deve ser biocompatível, o que significa que não produzirá reações nocivas se colocado em um sistema biológico. Em particular, implantes devem ser feitos de materiais que provavelmente serão aceitos pelos corpos dos receptores. Os fluidos dos nossos corpos são surpreendentemente corrosivos ao longo do tempo, por isso a resistência à corrosão é igualmente importante. Para suportar o uso intenso a longo prazo, os implantes devem ser fortes, duráveis e leves.

Impressoras 3D modernas são compatíveis com uma gama de plásticos e metais que atendem a esses requisitos. Abaixo, destacamos alguns dos materiais impressos em 3D mais usados na indústria médica.

Nylon PA-12

Plásticos como este são leves, resistentes à corrosão, duráveis e podem ser esterilizados com autoclaves a vapor. O nylon PA-12 é flexível e resistente a produtos químicos. Além disso, está entre os materiais de grau médico mais rápidos e acessíveis para impressão, e é compatível com impressão Multi Jet Fusion e SLS. O nylon PA-12 é certificado USP Classe I-VI e ISO 10993.

PC-ISO

A impressão 3D FDM usa PC-ISO, um termoplástico de policarbonato (PC) biocompatível. O material tem um acabamento de qualidade inferior ao do Nylon PA-12, mas é comumente usado para guias cirúrgicas, protótipos e moldes. O PC-ISO pode ser esterilizado por radiação gama ou EtO e é certificado USP Classe I-VI e ISO 10993.

ABS M30i

O ABS M30i é outro termoplástico de engenharia biocompatível para FDM, assim como o PC-ISO. Protótipos funcionais, testes de ajuste e peças para uso final são ideais para impressão FDM. O ABS M30i pode ser esterilizado por radiação gama ou EtO, e é certificado USP Classe I-VI e ISO 10993.

Titânio

O material mais popular para implantes médicos é o titânio, o rei dos metais biocompatíveis. Todos os tipos de articulações de substituição, marcapassos, placas cranianas, implantes dentários e mais são feitos de titânio. O titânio é um metal forte, leve, resistente à corrosão e não reativo. DMLS, uma das tecnologias de impressão 3D mais caras, pode ser usada para imprimi-lo.

Cobalto-Cromo

O cobalto-cromo também exibe excelente resistência à corrosão e biocompatibilidade, assim como o titânio. Possui força e dureza adicionais em relação ao titânio e é comumente usado para dentes substitutos, bem como articulações de uso intenso como quadris, joelhos e ombros. DMLS também é usado para imprimir cobalto-cromo em 3D.

Aço Inoxidável

O aço é forte, esterilizável e biocompatível; no entanto, não oferece a mesma resistência à corrosão a longo prazo que o titânio ou o cobalto-cromo. Portanto, o aço inoxidável é mais frequentemente usado em ferramentas cirúrgicas e implantes temporários, como parafusos ósseos. A impressão direta de material possibilita a impressão de peças de aço inoxidável a um custo muito menor do que outros metais. A resistência, rigidez e resistência química dos diferentes tipos de aço inoxidável variam.

Silicone

Materiais de borracha, como o silicone, têm uma ampla gama de aplicações nas indústrias médica e alimentícia. Para biocompatibilidade, pode ser certificado como Classe V ou Classe IV. O silicone pode ser usado tanto para implantes de curto prazo quanto de longo prazo. O silicone é comumente encontrado em cateteres, máscaras respiratórias, tubos médicos e vedações.

Embora as impressoras 3D de silicone ainda estejam em seus estágios iniciais, a fundição de silicone com moldes impressos em 3D é uma forma rápida e acessível de produzir peças e produtos de alta qualidade.

O Futuro da Impressão 3D na Medicina

Devido às necessidades únicas de cada paciente e corpo, os dispositivos médicos frequentemente requerem a maior personalização de qualquer produto em qualquer setor. Devido aos altos custos e longos prazos de fabricação de ferramentas para a manufatura tradicional, esses dispositivos historicamente foram caros e lentos para produzir. Com sua capacidade de produzir pequenas quantidades de peças altamente personalizadas, a impressão 3D está redefinindo o que é possível na medicina.

Adaptar soluções médicas aos pacientes e médicos melhora os resultados e reduz custos e tempos de produção, o que aumenta a acessibilidade. Dispositivos médicos personalizados, implantes e ferramentas estão agora mais acessíveis do que nunca. À medida que as tecnologias de impressão 3D continuam a avançar, prestadores de serviços de saúde e pesquisadores continuarão a explorar novas aplicações, desde implantes e ferramentas cirúrgicas até tecidos e órgãos funcionais.