ปฏิวัติการสร้าง "กระดูกเทียม" ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เคยสงสัยไหมว่า ถ้าเราต้องการสร้าง "กระดูกเทียม" ที่มีรูปร่างพอดีกับร่างกายของคนคนหนึ่ง เราจะทำได้อย่างไร? งานวิจัยจาก มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ. ราชบุรี) โดย ผศ.ดร.รุ่งโรจน์ ปิยะภานุวัตน์ ได้หาคำตอบเรื่องนี้ผ่านเทคโนโลยีสุดล้ำอย่าง การพิมพ์ 3 มิติ (3D Printing)

วงการแพทย์มีการพัฒนากระดูกเทียม เพื่อช่วยรักษาคนที่มีกระดูกหักหรือสูญเสียกระดูกไป ซึ่งวัสดุที่นำมาใช้มีหลายแบบ ทั้งโลหะ พลาสติก วัสดุผสม และที่น่าสนใจมากคือ วัสดุเซรามิก

ทำไมต้องพิมพ์ 3 มิติ?

ปกติแล้วการทำชิ้นงานต้นแบบมักจะมีค่าใช้จ่ายสูงและเสียเวลามาก โดยเฉพาะในทางการแพทย์ เพราะร่างกายคนเรามีสรีระที่ต่างกัน การจะทำกระดูกเทียมให้พอดีกับแต่ละคนจึงต้องสร้างแม่พิมพ์จำนวนมาก ซึ่งทำให้ค่ารักษาแพงขึ้นไปอีก นักวิจัยจึงคิดค้นวิธีการพิมพ์ชิ้นงานขึ้นมาโดยตรง โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า "วัสดุเซรามิกไวต่อปฏิกิริยา" เช่น ซีเมนต์และจีโอพอลิเมอร์ เพื่อให้สามารถสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนและเฉพาะเจาะจงได้

หนึ่งในวัสดุเซรามิกที่ถูกนำมาใช้บ่อย ๆ คือ ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Hydroxyapatite) ชื่ออาจฟังยาก แต่จริง ๆ แล้วมันก็คือสารที่มีโครงสร้างคล้ายกับกระดูกและฟันของคนเรานั่นเอง ทำให้ร่างกายยอมรับได้ง่าย และไม่เป็นอันตราย

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ Delta สำหรับขึ้นรูปวัสดุเซรามิกที่ไวต่อปฏิกิริยา ได้แก่ จีโอพอลิเมอร์และซีเมนต์ ซึ่งต้องใช้เวลาในการเซตตัว การพิมพ์ใช้คำสั่ง G-Code โดยมีปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการขึ้นรูป ได้แก่ ขนาดหัวฉีด ความเร็วในการดันวัสดุ ขนาดอนุภาค และอัตราส่วนน้ำต่อวัสดุยึดประสานที่เหมาะสม (0.42–0.44 ต่อ 1 ส่วนวัสดุยึดประสาน) วัสดุซีเมนต์ที่ใช้ต้องมีอนุภาคเล็กกว่า 0.15 มม. (ผ่านตะแกรงเบอร์ 100) จึงสามารถพิมพ์ชิ้นงานรูปทรงกระบอกและลูกบาศก์ที่มีลักษณะและขนาดใกล้เคียงกับแบบที่ออกแบบไว้ได้สำเร็จ

จากความสำเร็จในงานวิจัยนี้ เราสามารถพิมพ์ชิ้นงานรูปทรงกระบอกและลูกบาศก์ได้ใกล้เคียงกับแบบในคอมพิวเตอร์มาก ซึ่งเป็นก้าวสำคัญที่จะนำไปสู่ การสร้างกระดูกเทียมที่มีขนาดและรูปร่างเหมาะกับแต่ละบุคคล ช่วยลดค่าใช้จ่ายทางการแพทย์ และเพิ่มคุณภาพชีวิตให้กับผู้ป่วยได้ในอนาคต สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่เอกสารฉบับเต็ม

อ้างอิง

รุ่งโรจน์ ปิยะภานุวัตน์. (2564). การพัฒนาการขึ้นรูปวัสดุเซรามิกที่ไวต่อการทำปฏิกิริยาด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ. มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ราชบุรี.