Applicazione dello stampaggio a iniezione di metalli (MIM) in campo medico

Lo stampaggio a iniezione di metalli (MIM) è stato sviluppato nel 1972 da una piccola azienda di Petaluma, California, USA. Fu utilizzato per la prima volta nel settore medico all'inizio degli anni '80 per produrre alcuni apparecchi ortodontici. Il metodo MIM è economico e offre grande flessibilità progettuale. Può produrre componenti piccoli e complessi, con risultati migliori rispetto alla lavorazione meccanica o alla fusione di precisione. I componenti ortopedici dentali MIM presentano inoltre una buona biocompatibilità e resistenza alla corrosione. Prima del 1990, negli Stati Uniti esistevano almeno quattro aziende produttrici di componenti MIM.

All'inizio degli anni '90, la domanda di nuovi dispositivi chirurgici in grado di ridurre al minimo i danni ai tessuti aumentò notevolmente. L'industria MIM si rivolse a nuovi mercati e convertì con successo molti componenti alla lavorazione MIM o alla progettazione come componenti MIM. Produsse inoltre un gran numero di pinze da dissezione per tessuti vivi installate sui laparoscopi, utilizzate per estrarre campioni, tagliare o suturare. I componenti MIM della suturatrice chirurgica endoscopica prodotta da Advanced Molding Technology vinsero l'Excellent Molding Award nel 1997. Gli ingranaggi del centro di taglio per la chirurgia laparoscopica prodotti da Flomet vinsero tutti i premi nel 1998. La domanda di dispositivi medici più piccoli e complessi continua a crescere. Negli ultimi quattro anni, la Metal Injection Molding Association ha identificato il settore medico come uno dei tre principali punti di crescita del mercato MIM. Gran parte di questa crescita deriva da dispositivi laparoscopici, pacemaker, valvole e numerosi componenti utilizzati nella chirurgia cardiaca. Anche la chirurgia cardiaca a circolazione extracorporea richiede componenti MIM. Sono inoltre in fase di sviluppo componenti per dispositivi di chirurgia oftalmica e altri dispositivi speciali. Inoltre, molti nuovi dispositivi vengono progettati con componenti MIM. Pertanto, l'applicazione del MIM si diffonderà negli Stati Uniti e si estenderà a tutte le parti del mondo.

In futuro, i nuovi materiali potrebbero svolgere un ruolo importante nella crescita del MIM nel settore medico. Uno dei principali mercati medici per componenti piccoli e complessi è quello degli impianti. Poiché attualmente il MIM non è in grado di produrre materiali in titanio di grado medicale, il mercato accetta con difficoltà il titanio MIM per gli impianti. Esistono molti componenti in titanio MIM, ma la granulometria e il contenuto di ossigeno non sono stati ridotti al livello richiesto per le applicazioni implantari. Sul mercato sono disponibili solo leghe di cobalto-cromo. Ora sono disponibili anche impianti in lega F-75. Secondo quanto riferito, Thermal Technology ha compiuto progressi significativi nella produzione di prodotti in titanio. I dati sulle prestazioni dei materiali prodotti non soddisfano lo standard STM, ma vi si avvicinano molto. Dopo i test effettuati dagli utilizzatori, le proprietà fisiche del materiale sono risultate accettabili. Si può immaginare che, per utilizzare con successo il titanio MIM come materiale per impianti, sarà necessario stabilire nuovi standard e ottenere l'accettazione della comunità medica. Anche il mercato del titanio MIM sarà limitato agli impianti più piccoli, ma il suo potenziale futuro è enorme. Un altro materiale migliore è l'acciaio inossidabile privo di nichel, che può essere utilizzato nel settore medico e in altre applicazioni. Questa lega presenta il vantaggio esclusivo del MIM di poter miscelare polveri elementari e formare leghe durante il processo di sinterizzazione successivo allo stampaggio.

L'applicazione del MIM nel mercato medico dovrebbe essere attribuita alla nascita di una nuova tecnologia di formatura. Essa combina le caratteristiche dello stampaggio a iniezione della plastica e dei processi di sinterizzazione per produrre componenti metallici piccoli, complessi, in grandi volumi e quasi a piena densità. L'industria MIM continuerà a sviluppare diverse leghe per soddisfare un numero sempre maggiore di esigenze future.

Applicazioni specifiche del MIM in medicina

1. Impianti ortopedici

La tecnologia MIM può produrre impianti ortopedici dalle forme complesse, come le articolazioni artificiali. Rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali, la tecnologia MIM offre una maggiore precisione e una minore quantità di scarti, riducendo notevolmente i costi di produzione. Allo stesso tempo, i prodotti MIM presentano una migliore biocompatibilità e proprietà meccaniche, risultando più compatibili con le caratteristiche delle ossa umane.

2. Strumenti chirurgici

La tecnologia MIM può essere utilizzata anche per produrre strumenti chirurgici di alta precisione e dalle forme complesse, come pinze chirurgiche, aghi da sutura ecc. Rispetto ai materiali metallici tradizionali, i prodotti MIM presentano una migliore resistenza all'usura e alla corrosione, aumentando notevolmente la durata dei dispositivi medici.

3. Suturatrici

Le suturatrici sono ampiamente utilizzate in vari interventi chirurgici e generalmente si distinguono in dispositivi monouso o riutilizzabili; attualmente sono principalmente importate o prodotte internamente. Il processo tradizionale è la lavorazione meccanica, molto costosa. Dahong New Materials utilizza la tecnologia MIM per sviluppare con successo prodotti per suturatrici, riducendo notevolmente i costi.

4. Impugnature per bisturi

Dopo avervi montato la lama chirurgica, vengono utilizzate per tagliare o incidere i tessuti umani.

5. Componenti per impianti al ginocchio

La tecnologia MIM ha compiuto progressi lenti nel campo degli impianti umani, soprattutto perché la certificazione e l'accettazione dei prodotti richiedono molto tempo. Attualmente, la tecnologia MIM può essere utilizzata per produrre componenti che sostituiscono parzialmente ossa e articolazioni; i materiali metallici utilizzati sono principalmente leghe di titanio. Il titanio poroso rivestito con microsfere di gelatina a rilascio prolungato è non citotossico e può essere utilizzato come buon materiale per gli impianti medici.

6. Strumenti chirurgici

Gli strumenti chirurgici richiedono elevata resistenza, bassa contaminazione ematica e la capacità di sopportare procedure di disinfezione aggressive. La flessibilità progettuale della tecnologia MIM può soddisfare i requisiti della maggior parte degli strumenti chirurgici. Offre inoltre vantaggi di processo e consente di produrre diversi prodotti metallici a basso costo. Sta gradualmente sostituendo le tecnologie produttive tradizionali e diventando il principale metodo di fabbricazione.

7. Attacchi ortodontici

La tecnologia MIM è stata utilizzata per la prima volta in medicina per produrre alcuni apparecchi ortodontici. Questi prodotti di precisione sono molto piccoli e presentano una buona biocompatibilità e resistenza alla corrosione. Il materiale principale utilizzato è l'acciaio inossidabile 316L. Attualmente, gli attacchi ortodontici sono ancora i principali prodotti dell'industria MIM. Un attacco ortodontico a gancio bidirezionale prodotto con la tecnologia MIM può aumentare del 30% la forza di ritenzione meccanica. La lucidatura dopo la formatura in un'unica fase mediante MIM può ridurre notevolmente l'attrito dell'attacco sul filo ortodontico. Bjorn Ludwig ha confermato che questo prodotto svolge un ruolo positivo nella chirurgia ortodontica.

La domanda di prodotti medicali è molto elevata e la struttura di molti di essi è sofisticata e complessa, rendendo necessaria una nuova tecnologia produttiva in sostituzione dei metodi tradizionali. Lo stampaggio a iniezione di metalli (MIM) è una nuova tecnologia di formatura quasi net-shape che consente di produrre in serie, in breve tempo, prodotti dalle forme complesse. Può soddisfare i requisiti di fabbricazione dei prodotti medicali ed è diventata un metodo di produzione ideale.