แอพพลิเคชั่นด้านการแพทย์เพื่อการพิมพ์ 3 มิติกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็วและถูกคาดหวังว่าจะปฏิวัติการดูแลรักษาสุขภาพ การใช้ประโยชน์การพิมพ์ 3 มิติที่เกี่ยวกับการแพทย์ทั้งที่เป็นอยู่ในขณะนี้และที่อาจเกิดขึ้นได้สามารถจำแนกเป็นหลายประเภทกว้างๆ ได้แก่ การสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะ การสร้างกายอุปกรณ์ วัสดุปลูกฝัง และแบบจำลองกายวิภาคตามความต้องการ รวมทั้งการศึกษาด้านเภสัชศาสตร์เกี่ยวกับรูปแบบยา การส่ง และการค้นคว้าวิจัย แอพพลิเคชั่นการพิมพ์ 3 มิติในการแพทย์สามารถให้คุณประโยชน์มากมาย ได้แก่ การดัดแปลงและการปรับเปลี่ยนผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์ทางการแพทย์รวมทั้งยารักษาโรค ประสิทธิผลในการใช้ต้นทุน การเพิ่มผลผลิต การออกแบบและการผลิตอย่างเสรี และการปรับปรุงความร่วมมือ อย่างไรก็ตาม ควรระวังว่าแม้ว่าในปัจจุบันจะมีความก้าวหน้าด้านการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ 3 มิติที่สำคัญและน่าตื่นเต้น แต่ความท้าทายด้านวิทยาศาสตร์และกฎระเบียบที่พึงระลึกก็ยังคงอยู่ รวมทั้งแอพพลิเคชั่นที่มีแนวโน้มว่าจะเปลี่ยนแปลงได้ส่วนใหญ่สำหรับเทคโนโลยีนี้ยังจะต้องใช้เวลาในการพัฒนา
ประเภทของเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้กันทั่วไป
กระบวนการพิมพ์ 3 มิติทั้งหมดให้ทั้งข้อดีและข้อเสีย ประเภทของเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ถูกเลือกเพื่อแอพพลิเคชั่นหนึ่งมักจะขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้และการที่ชั้นต่างๆ ในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปถูกผนึกเข้าด้วยกัน เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ที่ใช้กันมากที่สุดในแอพพลิเคชั่นด้านการแพทย์ 3 ประเภทคือ Selective Laser Sintering (SLS), Thermal Inkjet (TIJ) Printing และ Fused Deposition Modeling (FDM) โดยคำอธิบายสั้นๆ ของแต่ละประเภทมีดังนี้
Selective Laser Sintering
เครื่องพิมพ์ SLS ใช้วัสดุที่เป็นผงเป็นสารตั้งต้นสำหรับการพิมพ์วัตถุใหม่ 1. เลเซอร์ร่างรูปทรงของวัตถุในผง หลอมรวมมันเข้าด้วยกัน จากนั้นผงชั้นใหม่จะถูกวางและกระบวนการสร้างชั้นแต่ละชั้นจะเกิดซ้ำเพื่อก่อวัตถุ การเผาผนึกด้วยเลเซอร์สามารถใช้ประดิษฐ์วัตถุที่เป็นโลหะ พลาสติก และเซรามิค ระดับของความละเอียดถูกจำกัดด้วยความแม่นยำของเลเซอร์และความละเอียดของผงเท่านั้น ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะประดิษฐ์โครงสร้างที่มีรายละเอียดและละเอียดอ่อนเป็นพิเศษด้วยเครื่องพิมพ์ประเภทนี้
Thermal Inkjet Printing
การพิมพ์ด้วยการฉีดหมึกเป็นเทคนิค “แบบไม่สัมผัส” ที่ใช้ความร้อน แม่เหล็กไฟฟ้า หรือเทคโนโลยี เพียโซอิเล็กทริกในการทับถม “หมึก” หยดเล็กจิ๋ว (หมึกจริงหรือวัสดุอื่นๆ) ลงบนสารตั้งต้นตามคำสั่งดิจิตอล ในการพิมพ์ด้วยการฉีดหมึก การทับถมของหยดหมึกมักจะทำโดยการใช้ความร้อนหรือการบีบอัดทางกลไกเพื่อผลักหมึกออกมา ในเครื่องพิมพ์ TIJ การทำความร้อนหัวพิมพ์ทำให้เกิดฟองอากาศที่ยุบแฟบ สร้างจังหวะแรงดันที่ผลักหยดหมึกออกจากหัวฉีดในปริมาณที่น้อยถึง 10-150 พิโคลิตร ขนาดของหยดสามารถผันแปรโดยการปรับระดับของอุณหภูมิที่ใช้ ความถี่ของจังหวะ และความหนืดของหมึก
เครื่องพิมพ์ TIJ ให้ความมั่นใจเป็นพิเศษสำหรับการใช้ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อและเวชศาสตร์เพื่อการฟื้นฟูสภาวะเสื่อม เนื่องจากความแม่นยำของระบบดิจิตัล การควบคุม ความอเนกประสงค์ และผลกระทบที่อ่อนโยนต่อเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เทคโนโลยีนี้จึงถูกนำไปใช้ในการพิมพ์เนื้อเยื่อและอวัยวะ 2 มิติและ 3 มิติที่ไม่ซับซ้อนเรียบร้อยแล้ว (ที่รู้จักกันว่าการพิมพ์ชีวภาพนั่นเอง) นอกจากนี้เครื่องพิมพ์ TIJ ยังพิสูจน์ได้ว่าเหมาะสำหรับการใช้ประโยชน์ที่ซับซ้อนอื่นๆ เช่น การส่งยาและการทรานสเฟคชั่นระหว่างการสร้างเนื้อเยื่อ
Fused Deposition Modeling
เครื่องพิมพ์ FDM เป็นที่แพร่หลายและราคาย่อมเยากว่าเครื่องพิมพ์ประเภท SLS 1. เครื่องพิมพ์ FDM ใช้หัวพิมพ์ที่คล้ายคลึงกับเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท อย่างไรก็ตาม แทนที่จะเป็นหมึก เม็ดพลาสติกที่ถูกทำให้ร้อนจะถูกปล่อยจากหัวพิมพ์ขณะที่มันเคลื่อนที่สร้างวัตถุชั้นบางๆ กระบวนการนี้เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าเพื่อให้การควบคุมจำนวนและตำแหน่งของแต่ละการทับถมที่เที่ยงตรงและทำให้แต่ละชั้นเป็นรูปเป็นร่าง เนื่องจากวัสดุจะถูกทำให้ร้อนขณะที่ถูกผลักออกมา มันจึงหลอมรวมและผนึกกับชั้นด้านล่าง เมื่อแต่ละชั้นของพลาสติกเย็นลง มันจะแข็งขึ้น ค่อยๆ สร้างวัตถุที่มีสามมิติขณะที่ชั้นเพิ่มขึ้น เครื่องพิมพ์ FDM สามารถมีลักษณะเฉพาะเพิ่มเติม เช่น หลายหัวพิมพ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนและราคา อันที่จริงแล้ว ชิ้นส่วนของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ FDM มักจะทำจากเทอร์โมพลาสติกชนิดเดียวกับที่ใช้ในการหล่อและการขึ้นรูปแบบดั้งเดิม ดังนั้นมันจึงมีความมั่นคง ความทนทาน และมีคุณลักษณะเชิงกลที่คล้ายคลึงกัน
คุณประโยชน์ของการพิมพ์ 3 มิติสำหรับแอพพลิเคชั่นด้านการแพทย์
ข้อดีที่สุดที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติให้กับแอพพลิเคชั่นด้านการแพทย์ก็คืออิสรภาพในการผลิตผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์ด้านการแพทย์ตามความต้องการ ตัวอย่างเช่น การใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อการทำกายอุปกรณ์ วัสดุปลูกฝังเป็นประโยชน์อย่างยิ่งกับทั้งผู้ป่วยและแพทย์ นอกจากนี้การพิมพ์ 3 มิติยังสามารถผลิตอุปกรณ์จับยึดและกำหนดตำแหน่งที่ทำขึ้นตามสั่งสำหรับใช้ในห้องผ่าตัดอีกด้วย วัสดุปลูกฝัง สิ่งติดตรึง และเครื่องมือผ่าตัดที่ทำขึ้นตามสั่งมีผลดีในแง่ของเวลาที่จำเป็นสำหรับการผ่าตัด เวลาในการฟื้นตัวของผู้ป่วย และความสำเร็จของการผ่าตัดหรือการปลูกถ่าย เป็นที่คาดว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจะช่วยให้รูปแบบยา ข้อมูลการปลดปล่อยตัวยา และการจ่ายยาเป็นไปตามความต้องการของผู้ป่วยแต่ละคน
การพิมพ์แบบ 3 มิติได้กลายเป็นเครื่องมือเพื่อการเปลี่ยนแปลงที่มีประโยชน์และมีศักยภาพในแวดวงต่างๆ มากมายรวมถึงการแพทย์ ขณะที่มีการเพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพ ความคมชัด และวัสดุที่หาได้ของเครื่องพิมพ์ แอพพลิเคชั่นก็เช่นกัน นักวิจัยยังคงพัฒนาแอพพลิเคชั่นด้านการแพทย์ที่ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติรวมทั้งเสาะหาเทคโนโลยีใหม่ด้วย ความก้าวหน้าด้านการแพทย์ที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติได้กลายเป็นสิ่งสำคัญและน่าตื่นเต้นไปแล้ว แต่แอพพลิเคชั่นเพื่อการเปลี่ยนแปลงสุดขีด เช่น การพิมพ์อวัยวะ ยังคงต้องการเวลาในการพัฒนา
