Creazione di protesi e ortesi personalizzate, realizzazione di allineatori dentali, sino alla produzione di modelli in scala reale di organi, passando per dispositivi di protezione per il personale ospedaliero, come le mascherine contro il Covid-19: le opportunità di applicazione della manifattura additiva all’ambito medico e sanitario sono numerose
di Patrizia Ricci
Elmec 3D, la divisione del Gruppo Elmec dedicata alla manifattura additiva, si occupa di fornitura di macchinari e materiali per la stampa 3D. Di più, nel sostanziare la mission di “abilitare il mercato all’additive”, offre il suo know-how nel campo attraverso l’erogazione di corsi formativi ad-hoc e servizi di progettazione e re-ingegnerizzazione di prodotti, affiancando le aziende quando hanno bisogno di sviluppare progetti specifici; già da alcuni anni l’azienda è attiva nel portare avanti dei progetti che applicano le potenzialità della stampa 3D al settore medicale.
La manifattura additiva
La stampa 3D industriale è un processo di produzione che, a differenza dei metodi tradizionali a sottrazione, crea parti aggiungendo materiale, strato su strato. Questo presuppone un radicale cambio di paradigma anche nell’approccio alla progettazione e permette la realizzazione di geometrie altrimenti impossibili. Questo innovativo processo, inoltre, dà accesso a una completa personalizzazione del manufatto, pur con una significativa riduzione del time-to-market.
Il fattore che rende la stampa 3D particolarmente adatta ad essere applicata in questo settore è la sua estrema versatilità: la possibilità di applicare una customizzazione di massa, personalizzando il file di stampa, con una progettazione tarata di volta in volta sulle caratteristiche fisiche e sulle necessità mediche dettate dall’anatomia del singolo paziente. In questo modo si aprono nuove possibilità per la medicina, riuscendo al contempo ad abbattere i costi sulla produzione dei prototipi e dei pezzi finali: in un unico lotto possono venire stampati contemporaneamente diversi pezzi personalizzati, riducendo i costi e la complessità generale della filiera.
Realizzazione di dispositivi di protezione individuale
Risparmio e personalizzazione, ma anche rapidità: caratteristica, quest’ultima, che si è rivelata fondamentale nel caso di un’applicazione creata nel 2020, durante il periodo più intenso della pandemia, in cui il reperimento di dispositivi di protezione individuale era critico. Sollecitata dalle esigenze dell’Ospedale di Circolo di Busto Arsizio, Elmec 3D ha stampato in 24 ore un modello di mascherina in grado di contenere i necessari filtri CPAP. Partendo da modelli già esistenti, è stato possibile realizzare il design tramite scansione del volto e modellazione logaritmica. Il materiale scelto – l’elastomero TPU di BASF, post-processato con levigatura chimica di AMT – è biocompatibile, flessibile e resistente agli agenti chimici, caratteristica essenziale per sottoporre le mascherine ai necessari cicli di sterilizzazione. In questo caso la velocità di produzione ha permesso di sopperire in tempi molto rapidi a un’emergenza dell’ospedale, cioè la mancanza di adeguati DPI per il personale medico sanitario.
Formazione di nuovi medici e preparazione in vista di interventi chirurgici
La formazione di nuovi medici è un altro campo in cui la manifattura additiva può essere utile alla medicina, tramite la riproduzione di organi estremamente accurati per permettere la pratica agli aspiranti chirurghi. Oltre la formazione, può presentarsi la necessità di simulare variabili e complicanze che possono verificarsi durante interventi chirurgici particolarmente delicati. È questo il caso del Maurizio Vertemati, Ricercatore del Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche “L. Sacco” dell’Università degli Studi di Milano, che in collaborazione con l’istituto ospedaliero Niguarda Cà Granda, si è rivolto a Elmec 3D per creare un modello in scala reale del cervello di un paziente, grazie all’unione tra TAC e tecnologia 3D. Il file ottenuto è stato stampato con tecnologia Multi Jet Fusion di HP, ottenendo il calco utile alla creazione di uno stampo in silicone, poi usato per generare il simil-cervello che ha permesso di effettuare tutti i test necessari, riducendo di molto il margine di errore durante il successivo intervento chirurgico.
Realizzazione di protesi ed ortesi
La possibilità di progettare e stampare un prodotto che ricalca precisamente le forme di una specifica parte del corpo, tenendo anche conto delle necessità posturali e fisiche, rende le tecnologie additive attraenti per i produttori di protesi e ortesi. É il caso della protesi realizzata per Marco Milanesi, handbiker professionista. Lamentava una forte infiammazione che gli provocava dolori intensi dopo gli allenamenti; per ridurre l’infiammazione, Elmec ha realizzato una protesi personalizzata a partire dal calco della sua mano, permettendo di sostituire la vecchia manopola, la cui impugnatura standard risultava troppo rigida. Oltre a migliorare la comodità della presa, la nuova protesi ha anche abbattuto i costi e diminuito il peso totale del pezzo.
La stampa di tessuti: il bioprinting
Quando il New York Time ha pubblicato un articolo sul trapianto di un orecchio biostampato, è stato chiaro a tutto il mondo che non si tratta più di se, ma di quando; lo abbiamo sentito allo scorso Expo dell’Impossibile. Le applicazioni in campo biomedicale sono eterogenee. É già la norma, per esempio, riprodurre tessuti in laboratorio per testare gli effetti di farmaci e cosmetici. Si pensi, poi, alle implicazioni legate alla possibilità di replicare il tessuto cardiaco, studiandone malfunzionamenti e testando soluzioni; o alla stampa di cornea, pelle, cartilagine e ossa. Se sembrano argomenti futuristici questi, cosa dire delle ricerche miranti a stampare una pelle funzionalizzata a prevenire malattie specifiche grazie alla presenza di un farmaco nel biomateriale estruso? La ricerca sta facendo passi da gigante e le tecnologie additive che stampano biopolimeri contribuiscono enormemente alla cavalcata verso il futuro.
Ingegnere civile e PhD in Meccanica delle Strutture, ha svolto attività di ricerca nel campo della Meccanica della Frattura presso l’Università di Bologna e l’Imperial College di Londra. Appassionata di tecnologia e meccanica, con circa 15 anni di esperienza come redattrice e responsabile di redazione di riviste tecniche, da alcuni anni collabora con le riviste di Quine Business Publisher del settore Industry e Building, come autrice di articoli e approfondimenti tecnici.
