Medical applications of additive manufacturing in surgery and dental care

Kirurgiassa ja hammaslääketieteessä pääasiallinen työskentelytapa on käsityö, eikä digitaalisuuden kaikkia mahdollisuuksia vielä hyödynnetä. Kehittyneempiä tekniikoita kuten leikkausnavigointia, leikkausrobotteja ja digitaalista kuvantamista kyllä käytetään, mutta esimerkiksi potilaskohtaiset implantit kirurgi yleensä muotoilee käsin leikkauksen aikana tai käyttää valmiita implantteja, joista potilaalle valitaan sopivimman kokoinen ja muotoinen. Myös hammaslääketieteessä käytetyt suukojeet valmistetaan tavallisesti hammasteknikon toimesta käsityönä hammaslaboratoriossa. Leikkaukset suunnitellaan yleensä kuvantamistutkimusten perusteella, mutta leikkauksen aikana tulee usein esiin asioita, joita kaksiulotteisista kuvista ei pystytä havaitsemaan, ja näin ollen leikkaussuunnitelma voi muuttua leikkauksen aikana. Käyttämällä hyväksi digitaalisuuden tuomia mahdollisuuksia voidaan tuottaa 3D-malleja ja fyysisiä malleja potilaan anatomiasta, sekä vähentää tai poistaa kokonaan käsityövaiheita. Tämä nopeuttaa leikkausta ja parantaa tarkkuutta. Materiaalia lisäävä valmistus on valmistusmenetelmä, joka soveltuu erityisesti monimutkaisten kappaleiden yksittäis- tai piensarjatuotantoon. Kappaleet tuotetaan automaattisesti digitaalisen 3D-mallin perusteella. Digitalisoimalla lääketieteen prosesseja voidaan materiaalia lisäävää valmistusta nopeasti hyödyntää. Se on myös erityisen sopiva valmistusmenetelmä lääketieteeseen, koska potilaiden tarpeet ovat erilaisia eivätkä samanlaiset ratkaisut sovellu kaikille. Tässä tutkimuksessa keskityttiin materiaalia lisäävillä valmistustekniikoilla toteutettuihin lääketieteellisiin malleihin ja potilaskohtaisiin implantteihin sekä hammaslääketieteessä käytettyihin suukojeisiin. Tutkittuja aiheita olivat lääketieteellisten 3D-mallien muodostus, lääketieteellinen 3D-mallintaminen, eri valmistusmenetelmien soveltaminen ja prosessien käyttökelpoisuuden ja mittatarkkuuden arviointi. Työn tuloksena saatiin valmistettua ainetta lisäämällä toimiva yksilöllinen silmänpohjaimplantti, sekä erilaisia suukojeita. Tutkimuksessa selvitettiin myös eri materiaalia lisäävien valmistusmenetelmien tarkkuutta lääketieteellisten mallien valmistamiseen. Tulokset osoittivat, että tutkitut menetelmät tuovat uusia mahdollisuuksia potilaiden hoitamiseen ja mahdollistavat nain parempia hoitotuloksia.