다음 사례 연구는 저자인 Anton du Plessis 교수의 허가를 받아 출판되었습니다.

이 연구는 일상적인 X선 검사 CT가 의료용 임플란트 생산에 가치를 더하고 품질과 신뢰성을 입증하는 방법을 보여주기 위해 수행되었습니다. 이 특별한 경우는 3D 프린팅(적층 제조) 티타늄 고관절 및 무릎 임플란트에 대한 것이지만 방법론은 적층 제조 임플란트뿐만 아니라 모든 제조 기술에 적용할 수 있습니다.

X선 CT 검사는 기존 검사 방법에 비해 상대적으로 비용이 많이 들지만 완전히 새로운 통찰력과 간소화된 워크플로를 통해 장기적으로 비용을 절감하고 검사에서 더 높은 신뢰성을 제공하여 궁극적으로 환자에게 더 좋습니다. 이 사례 연구는 비용이 과하지 않음을 보여 주는 것을 목적으로 하며, 국제 X-ray CT 검사에 비해 상대적으로 비용이 저렴한 서비스 시설인 남아프리카 Stellenbosch, CT 시설의 CT 검사 서비스에 대한 현재 비용을 기준으로 합니다. 서비스. 이것은 비교적 일상적인 검사의 한 예입니다. 더 높은 해상도 요구 사항, 더 밀도가 높은 금속 또는 특수 스캔 매개변수와 같은 특수한 경우에는 비용이 더 높을 수 있습니다. 경우에 따라 간단한 케이스 검사, 간단한 샘플 및 감지하기 쉬운 기능을 위해 비용을 줄일 수 있습니다. 이 사례 연구는 특히 이 기술의 신규 사용자를 위한 일반적인 워크플로이며 비용을 잘 나타냅니다.

LRS 임플란트 계약(www.lrsimplants.com)에 따라 이러한 부품을 생산하는 Executive Engineering(www.execeng.co.za)에서 두 개의 샘플을 제공했습니다. Executive Engineering은 현재 Ti6Al4V만 실행 중인 EOS M290과 함께 새로 설립된 금속 적층 제조 시설이 있는 Cape Town 외곽에 있는 회사입니다. LRS 임플란트는 맞춤형 의료 임플란트의 설계 및 생산을 전문으로 합니다.

두 부분은 생체의학 티타늄 합금 Ti6Al4V(ELI) 소재이며 고관절 및 무릎 관절 임플란트의 일부입니다. 그것들은 그림 1에 나와 있습니다. 격자 영역은 장기적인 뼈 성장과 부착을 개선하기 위해 포함됩니다. 두 부품 모두 이 재료에 사용된 일반적인 매개변수에서 샘플 크기로 정의된 해상도로 스캔되었습니다. 스캔 매개변수 및 최적화에 대한 자세한 내용은

우리는 어떤 결과를 얻습니까?

X선 CT는 많은 기능을 가진 기술입니다. 여러 용도로 사용할 수 있습니다. 분명히 모든 것을 하고 싶을 때 가장 비용이 많이 듭니다. 우리는 그것을 여러 수준으로 분류합니다. 이 중 하나만 원할 수도 있지만 여기에서 모든 것을 시연합니다. 수동 CT 검사라고 부를 수 있는 첫 번째 수준은 가장 간단하고 저렴한 비용입니다. 여기에는 가상 단면 이미지(CT 슬라이스 이미지라고 함)에서 부품을 확인하는 것만 포함됩니다. 스캔 및 기본 데이터 처리 후 단면 이미지를 확인하여 검사를 수행합니다. 이것은 사용자가 직접 수행할 수 있으며 복잡한 소프트웨어 도구가 필요하지 않으며 문제가 될 수 있는 작은 내부 결함도 쉽고 명확하게 시각화합니다. (아래에 두 임플란트의 다른 슬라이스 보기가 표시됨) 이 이미지에서 흰색 선(모두 흰색 및 회색 영역)의 모든 것은 금속이고 검정색은 공기입니다. 이 부분에서는 예상치 못한 균열이나 결함이 발견되지 않았습니다. 다공성, 균열 또는 결함의 예는 주조 금속 부품에 대한 이전 사례 연구를 참조하세요. 주요 결함은 여기에 존재하지 않는 짙은 검은색 영역과 흰색 재료의 선 형태입니다.

수동 검사는 고품질 스캔과 명확하고 잘 대조되는 슬라이스 이미지를 생성하기 위한 기본 데이터 처리가 필요합니다. 일반적으로 CT 서비스 제공자는 잠재적인 결함 영역인 “징후”를 강조 표시합니다. 이것은 또한 무료 3D 뷰어 프로그램을 사용하여 슬라이스 이미지 스택, 비디오 또는 전체 데이터를 사용하여 고객이 직접 처리할 수도 있습니다. 이 프로그램은 Volume Graphics myVGL이라고 하며 이 사례 연구에 사용된 소프트웨어이기도 한 Volume Graphics VGSTUDIO MAX 3.2에서 처리하는 모든 데이터에 대해 무료로 사용할 수 있습니다. 이것은 결함의 존재에 대한 명확한 통찰력을 제공하고 모든 부품에 적합하거나(완전히 비파괴적인 방법이므로) 동일한 조건에서 생산된 배치에서 선택된 샘플에 적용할 수 있습니다. 스캔 기본 데이터 처리 비용은 R2900(US$330)입니다. 이것은 결함의 존재에 대한 명확한 통찰력을 제공하고 모든 부품에 적합하거나(완전히 비파괴적인 방법이므로) 동일한 조건에서 생산된 배치에서 선택된 샘플에 적용할 수 있습니다. 이 가격은 특별한 요구 사항이 없는 적절한 품질의 스캔에 적용됩니다. 가장 긴 축이 대략 50 – 150mm 범위인 경금속의 일반적인 임플란트용입니다. 더 작거나 큰 샘플에는 비용이 추가되는 약간의 스캔 프로토콜 변형이 필요할 수 있습니다.

모든 부품이 흠이 없는지 확인하기 위해 이 방법을 사용하는 것 외에도(그리고 그렇지 않은 부품은 거부함) 더 작은 테스트 부품을 사용하여 시스템 교정 및 생산 공정 점검을 위한 방법을 사용할 수도 있습니다. 이는 시간이 지남에 따라 동일한 방식으로 분석된 동일한 테스트 형상의 고정된 문서화된 결과를 제공합니다. 이를 통해 생산 품질과 장기적으로 발전하는 점진적 품질 문제에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 이것은 모든 형태의 제조에 매우 적용할 수 있는 주제이지만 많은 요인이 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 적층 제조에 특히 유용합니다.

정량적 결함 분석 기능을 통해 발견된 부품 내부의 기공을 색상으로 구분할 수 있습니다. 이 방법은 생산 공정을 최적화하기 위해 작은 쿠폰 샘플을 테스트할 때 특히 유용합니다. 부적절한 설정으로 인해 다공성 또는 결함이 발생할 때. 결함에 대한 정량적 3D 색상 코딩의 장점은 부품 형상(예: 임계 영역 근처 또는 문제의 원인이 무엇인지 보여줌)과 관련된 결함의 3D 모양 및 분포를 이해하여 보다 쉽고 빠르게 수정할 수 있다는 것입니다. 이 문제).

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동일한 비용($165)의 다음 단계는 실제 생산된 부품을 CAD 설계 파일과 비교하여 어디에서 큰 편차가 발생하는지 확인하는 것입니다. 임플란트는 그림 4에 나와 있으며 대부분의 부품이 0.3mm 이내입니다. 여기에서 스캔 해상도는 65 µm였으며 좋은 스캔 데이터를 사용하면 최대 1/10 복셀 해상도를 표면 값의 정확도로 사용할 수 있습니다. 이것은 표면 데이터가 6.5 µm 정확할 가능성이 있음을 의미하며 숨겨진 또는 복잡한 기능에 대한 제한이나 CMM에서 때때로 문제가 되는 표면 마감에 대한 제한이 없습니다.

A유용한 추가 도구는 벽 두께 분석(추가 R1450 또는 $165)입니다. 이 방법은 부품의 벽 두께를 표시하며 주로 평행 벽으로 설계된 부품을 확인하는 데 사용됩니다. 또한 그림 5와 같이 격자 구조와 같이 매우 얇고 복잡한 영역의 두께를 시각화하고 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에서 대부분의 격자는 두께가 0.2-0.5mm 이내입니다. 여기에 사용된 방법은 구 방법입니다. 각 지점에서 재료에 맞는 가장 큰 구는 해당 위치의 벽 두께로 보고됩니다.

한계는 무엇이며 어떻게 극복할 것인가?

모든 방법과 마찬가지로 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 재료에 예기치 않게 높은 수준의 조밀한 개재물 또는 X선 조밀한 재료가 포함된 재료가 포함된 경우 원치 않는 이미지 줄무늬가 발생하여 일부 분석 방법이 불가능합니다. 종종 더 가벼운 금속 부품에 강철 나사가 있으면 동일한 효과가 나타납니다. 샘플 크기는 제한되어 있으며 이는 작은 결함을 찾을 때 특히 중요합니다. 작은 흠집이나 크랙이 있고 해상도가 좋지 않을 때 놓칠 수 있습니다. 이러한 문제와 기타 여러 가지 가능한 문제로 인해 실패하거나 결정적이지 못한 결과가 발생할 수 있습니다. 고품질 CT 검사를 보장하기 위한 몇 가지 핵심 사항:

더 작은 샘플은 더 나은 품질과 해상도를 제공합니다.
두 개 이상의 부품을 한 번에 스캔하면 품질과 해상도가 떨어집니다.
관심 대상에서 모든 나사 또는 불필요한 재료 제거
기술을 최대한 활용할 수 있는 한계와 기능 이해

요약

분명히 X선 CT 검사는 의료용 임플란트의 완전한 비파괴 검사를 위한 강력한 도구입니다. 여기에서 가능한 다음과 같은 검사 수준을 보여줍니다.

이는 한 부분에 대해 가능한 모든 것을 포괄적으로 분석하는 데 R10 000($1140) 미만의 비용이 든다는 것을 의미합니다. 이는 기존의 비파괴 검사(NDT) 도구 이상이지만 명확성과 정량적 평가를 통해 환자의 삶을 실제로 개선하고 부품에서 작은 결함이나 제조 오류가 발견되는 경우를 명확하게 식별할 수 있습니다. 반면에 첫 번째 수준의 분석도 이 목적에 유용하므로 비용을 거의 70%까지 절감할 수 있습니다. 정기적으로 CT를 사용하여 생산 프로세스 자체를 최적화 및 보정하고 모든 부품을 검사하지 않는 것이 추가 비용 절감일 수 있습니다. 생산. 어떤 식으로 보든 3D X-레이를 사용한 임플란트에 대한 통찰력은 분명히 비용 대비 가치가 있습니다.