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Healthcare Additive Manufacturing: Transforming Patient Care with 3D Printing

3D printing, also known as additive manufacturing, has made huge strides in recent years. This innovative technology is now being applied in healthcare to transform how medical devices are developed and patients are treated. Used by some of the top hospitals and medical centers, healthcare additive manufacturing allows for customized implants, anatomical models, and new tools to be fabricated right in the hospital.

Customized Medical Implants and Prosthetics

One of the most promising applications of 3D printing in healthcare is for customized medical implants and prosthetics. Traditional "one size fits all" implants don't always meet a patient's unique anatomical needs. However, 3D printed implants can be designed using medical imaging scans of a patient's bone or tissue structure. This allows implants to be tailored to fit a patient with perfect precision. These personalized implants are more comfortable for the patient and have better integration with their body.

3D printing is already being used to produce customized hip replacements, knee replacements, dental implants, cranial plates and more. It's particularly beneficial for complex cases where standard implants won't work. Personalized prosthetics for patients who lost limbs can also be fabricated using 3D scanning and printing. By eliminating the need for extensive surgery to fit a generic implant, 3D printing improves patient outcomes and speeds up recovery time. As the technology advances, more types of implants will be producible through Healthcare Additive Manufacturing.

Anatomical Modeling for Pre-Surgical Planning

An exciting medical application of 3D printing is to create detailed anatomical models for pre-surgical planning and education. If a patient needs complex or high-risk surgery, their medical scan data can be used to print a personalized 3D model of the relevant anatomy. Surgeons can then study the model closely to devise the optimal surgical approach before making any incisions.

This allows surgeries to be more carefully planned out, with surgeons able to visualize how structures are spatially oriented. They can determine the best entry point, understand how to navigate around critical areas, and anticipate any challenges ahead of time. 3D printing anatomical models is also very useful for educating medical students and trainees. Physical models provide hands-on learning that complements virtual simulation. Models can be customized to highlight specific pathologies as teaching tools as well.

Rapid Prototyping of Medical Devices and Tools

Beyond implants and models, 3D printing enables rapid prototyping of innovative new medical devices, instruments and custom surgical tools. Using healthcare additive manufacturing, engineers can quickly design, test and refine new device concepts that meet market needs. Device prototypes can be produced in hours or days rather than weeks, thanks to 3D printing.

Some examples include customized surgical guides and drill templates, personalized fixtures for setting fractures, innovative tracheal splints for airway management and more. With 3D printing, hospitals have the ability to identify a clinical need and work with partners to develop a custom tool for unique cases on demand. Medical device companies also leverage 3D printing throughout the entire product development lifecycle, from prototyping to manufacturing. This allows new technologies to reach patients faster.

On-Demand Manufacturing in Hospitals

Considering how valuable 3D printing is for implants, models and tools, some forward-thinking hospitals are implementing their own additive manufacturing capabilities on-site. Also known as distributed or point-of-care manufacturing, this gives clinicians the ability to fabricate patient-specific medical products as soon as a need arises. With a 3D printer in the hospital, a customized implant could be printed within hours of a surgery being scheduled rather than waiting days for an external vendor.

Hospitals are able to reduce costs through on-site 3D printing as well. Outsourcing is eliminated, inventory and storage needs go down. Manufacturing can continue 24/7 without production delays. Overall, it streamlines the process of matching patients with personalized solutions. As 3D printing technologies continue their downward cost curve, more healthcare facilities will invest in their own additive manufacturing departments to fully leverage its benefits at the point of care.

The Future of Additive Manufacturing in Healthcare

It's clear that 3D printing is poised to significantly impact and transform how healthcare is delivered in the coming years. As materials, hardware and software keep progressing, our ability to 3D print anatomical structures, living tissues and drugs will exponentially grow. New frontiers of regenerative medicine and personalized therapeutics will open up through additive biofabrication techniques.

The future may bring patient-specific bioprinted implants, 3D printed regenerative tissues for transplantation and on-demand manufacturing of novel drug formulations. Artificial organs and even living biological constructs could be potential outcomes of continued advancement. Healthcare additive manufacturing will play a pivotal role in modernizing our medical infrastructure and achieving the highest standards of personalized, preventative and precision care delivery worldwide. Patients worldwide stand to benefit as this technology matures and optimizes treatment approaches across many therapeutic areas.

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About Author:

Alice Mutum is a seasoned senior content editor at Coherent Market Insights, leveraging extensive expertise gained from her previous role as a content writer. With seven years in content development, Alice masterfully employs SEO best practices and cutting-edge digital marketing strategies to craft high-ranking, impactful content. As an editor, she meticulously ensures flawless grammar and punctuation, precise data accuracy, and perfect alignment with audience needs in every research report. Alice's dedication to excellence and her strategic approach to content make her an invaluable asset in the world of market insights.

(LinkedIn: www.linkedin.com/in/alice-mutum-3b247b137 )

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A PROPOS : La Chronique de VMZINC 

Fabrication additive : la quatrième révolution industrielle !

On nous l’avait prédit il y a une dizaine d’années que les révolutions industrielles à venir s’enchaîneraient à un rythme absolument inédit pour l’humanité.  Notre secteur d’activité, la construction vit ces bouleversements technologiques effrénés. Sans, d’ailleurs, que le grand public ne mesure réellement les révolutions en cours en matière de conception et de réalisation de bâtiment, ni la formidable capacité d’adaptation intellectuelle et structurelle de toute la chaine de professionnels concernés.

Imprimante 3 D : s’agit-il encore seulement d’imprimantes ?

J’avais déjà consacré un Post en 2015 aux imprimantes 3D et du potentiel de développement qu’elles laissaient entrevoir ( « Imprimantes 3D : innovation de rupture aussi pour la construction ).

Ce secteur évolue à très grande vitesse. On est d’ores et déjà passé à des fabrications de série, comme par exemple pour des lunettes de vue en matière composite ou des petites briques en céramique.

Deux tendances voient le jour : la dimension des objets créés ne cesse d’augmenter. Par ailleurs, on teste tous les jours de nouveaux matériaux. Ainsi, le classique fil plastique fondu est concurrencé par le béton, l’aluminium, l’acier, le cobalt-chrome, le titane, la céramique ou le bois composite. Et ce avec une attention particulière donnée aux matériaux recyclés (granulés de plastique recyclé, sciures de bois avec liants, reconversion de déchets alimentaires, etc.)

Le terme d’imprimante 3D est désormais supplanté par celui de « fabrication additive » qui indique simplement que l’objet est construit par dépôt de matière, couche par couche ou par solidification, sous contrôle d’un ordinateur. En opposition à la fabrication soustractive où l’on enlève de la matière pour atteindre la forme désirée, où l’on « taille dans la masse » et où on perd donc de la matière, cette « fabrication additive » permet non seulement de produire efficacement des composants mais aussi d’en créer en petite série de nouveaux encore plus innovants, qui n’étaient pas réalisables auparavant (par exemple dans l’aérospatial et l’automobile). Ces processus de fabrication additive ne s’apparentent pas tous à de "l’impression”, d’où l’évolution sémantique. De quoi s’agit-il réellement?

Quatre techniques de fabrication additive

- Le Fuse Deposition Modeling (FDM) : C’est la technique des imprimantes maintenant dites “grand public”  utilisant des polymères thermoplastiques

- Le Selective Laser Sintering (SLS) : Le frittage sélectif par laser utilise de la poudre fusionnée par l’énergie d’un laser de forte puissance, qui permet des mélanges de plastique ou de nylon avec des fibres de carbone ou de verre pour donner plus de rigidité. On parle d’utiliser cette technique pour la céramique et certains métaux

 - La Stéréolithographie qui correspond à la solidification contrôlée d’une matière plastique liquide par un laser.

 - Le laminage par dépôt sélectif consiste en une découpe laser de couches successives qui sont ensuite empilées (base de papiers, de plastiques ou même de métaux)

En 2016, à Dubaï, des bureaux ont été construits à partir de coques plastiques de grandes dimensions assemblées sur place (voir lien ci-dessous).

http://www.numerama.com/sciences/173099-dubai-a-construit-premiers-bureaux-impression-3d.html

 Aux Etats-Unis, des maisons en béton de 225m² au sol ont été réalisées en 24 heures !

 Les architectes et designers au cœur de cette 4ème révolution industrielle

Les architectes ont compris l’intérêt des imprimantes 3D pour la réalisation de leurs maquettes notamment quand celles-ci simulent des bâtiments de forme complexe. C’est donc la fin programmée des maquettes en bois, colle et carton ! Plus généralement, la fabrication additive va devenir un outil incomparable d’assistance à la conception et à la décision au sein des agences d’architecture qui accélérera, tout en la simplifiant, la phase de recherche conceptuelle.

Et que dire de Mathias Bengtsson, ce designer danois qui s’est mis en tête de faire travailler son imprimante 3D sur la base d’un logiciel de simulation de croissance organique intégrant des centaines de paramètres de contrainte de masse, d’énergie, de gravité ou de pression. Il a ainsi produit une table par couches successives de titane fusionné par un faisceau d’électrons selon la technique de l’EBM (Electron Beam Melting) utilisée en aéronautique.

https://www.youtube.com/watch?v=RPYrg0dTmD8

 Dans l’industrie, on parle de fabrication « augmentée »

On pourrait croire que la fabrication additive va prendre son essor essentiellement dans la production de pièces et composants à vendre tels quels ou intégrés à des produits de grande diffusion. Les industriels parlent ici d’une fabrication « alternative » qui diversifie et complète les productions classiques de série. C’est déjà le cas dans l’aéronautique. Airbus développe déjà pour son programme A350 des centaines de composants selon cette technologie. PSA réalise déjà des composants ponctuels (poignées intérieures des portes chez Peugeot).

Mais il semble qu’à court terme, l’intérêt se porte sur la réalisation par la méthode additive des outils, notamment des gabarits et des fixations utilisés dans des lignes de production. Des produits que l’ont ne voit pas mais qui sont déterminants pour la fiabilité de ces lignes. Les industriels parlent ici de « fabrication augmentée ». Il est démontré que le remplacement des pièces d’usure souvent chères (petite série) et longues à obtenir (fabrication artisanale) peut être révolutionné par les imprimantes 3D qui en divisent ainsi le coût de manière prodigieuse.

S’il y a un réel avantage économique, c’est que ça va marcher … et ça marche déjà !  

 VMZINC

Article du 22/08/2017