3D printing, its types and uses in medicine

Definition and Technology:
3D printing is additive manufacturing, the digital transformation of designs into high-resolution physical models.
It is radically different from traditional methods such as casting and machining.
Technological Development:
1983: Lithography technology, curing resins using ultraviolet light.
1990: Selective laser sintering, precise melting of metal and plastic powders.
1991: Fused deposition modeling, extruding molten plastic.
Solid earth processing, integrating ultraviolet light with supporting materials.

1. الطباعة ثلاثية الأبعاد إعداد : إشراف: الدكتور غدير علي 2025 الجمهورية العربية السورية وزارة التعليم العالي والبحث العلمي جامعة اللاذقية كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية قسم الهندسة الطبية زينب محمد سعد الدين مكاس الاء عبد الله العساف نوهيدة حسين محمد سدره محمد الخطيب رشا نبيل محمود

2. المقدمة تعريف وتقنية : الطباعة ثلاثية الأبعاد التصنيع الإضافي تحول رقمي للتصاميم إلى نماذج مادية بدقة عالية. تختلف جذريًا عن الطرق التقليدية مثل الصب والتشكيل الآلي . التطور الزمني للتقنية : 1983 : تقنية الطباعة الحجرية تصلب الراتنجات بالأشعة فوق البنفسجية. 1990: التلبيد الانتقائي بالليزر صهر دقيق لمساحيق معدنية وبلاستيكية. 1991: نمذجة الترسيب المنصهربثق البلاستيك المنصهر . معالجة الأرض الصلبة دمج الأشعة فوق البنفسجية مع مواد داعمة. 1

3. المقدمة عوامل الانتشار : التقدم التكنولوجي والرقمنة . انخفاض التكاليف وتوافر البرمجيات مفتوحة المصدر . تطبيقات متعددة : الطب ، الفضاء، الصناعة . إنتاج هياكل معقدة ومخصصة كانت مستحيلة سابقًا . الدور في المستقبل : ركيزة أساسية في الثورة الصناعية الرابعة . تعيد تشكيل طرق التصنيع حول العالم. 1

4. ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد 2 تعريف التقنية : الطباعة ثلاثية الأبعاد: تصنيع طبقي لبناء المجسمات طبقة تلو الأخرى . المواد المستخدمة : إمكانية استخدام مواد متنوعة حسب الحاجة . الميزات الأساسية : تصنيع مجسمات كاملة في عملية واحدة . سرعة وكفاءة أعلى من الطرق التقليدية . مرونة في التصميم والتطبيق . الانتشار: أصبحت من أكثر تقنيات التصنيع استخداماً عالميًا.

5. ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد 2

6. أنواع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد 3 المواد المستخدمة التطبيقات المزايا آلية العمل التقنية صفائح بلاستيكية/ورقية/معدنية - نماذج أولية - تصنيع هجين (UAM) - قطع معدنية معقدة - سرعة عالية - تكلفة منخفضة - تنوع المواد - ربط صفائح بدرافيل ساخنة - قطع بالليزر أو ميكانيكي - تكرار الطبقات التصنيع بالتصفيق الطبقي (LOM) مساحيق وسلك معدني - صيانة طائرات - إصلاح أدوات صناعية - مكونات فضائية - إصلاح قطع عالية القيمة - مرونة معدنية - لا يحتاج لأدوات خاصة - ترسيب مواد منصهرة (مسحوق/سلك) - استخدام ليزر/حزمة إلكترونية - بناء 4-5 محاور - إصلاح قطع موجودة 2. ترسيب الطاقة المباشر (DED) مساحيق بلاستيك/معدن/سيراميك - قطع نهائية وظيفية - غرسات طبية - مكونات دقيقة -تصميمات معقدة - خصائص ميكانيكية ممتازة - تنوع المواد - استخدام مساحيق ناعمة - صهر انتقائي بالليزر - لا يحتاج دعامات - بناء طبقي 3. التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) خيوط بلاستيكية (PLA, ABS) - نماذج أولية - أدوات مساعدة - قطع استهلاكية - اقتصادية وشائعة - سهولة الاستخدام - مواد متوفرة - بثق بوليمرات منصهرة - بناء طبقي دقيق - إمكانية تعدد الرؤوس - تصلب فوري 4. النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM)

7. التطور الطبي للطباعة ثلاثية الأبعاد 4 التصنيع المضاف أحدث نقلة نوعية في القطاع الطبي منذ تقديمه من قِبل تشارلز هول في الثمانينيات . يعتمد على بناء طبقات متتالية من المواد وفق نماذج رقمية . أبرز الفوائد الطبية : تخصيص المنتجات لكل مريض لزيادة الفعالية وتقليل الهدر . تقليل التكاليف وتسريع تطوير العلاجات والأجهزة . تعزيز التعاون البحثي بين الطب والهندسة . إنجازات محورية: 2003: أول طباعة لخلايا حية (د. توماس بولاند ). 2009: دعم لتطوير أوعية دموية مطبوعة ( Organovo ). 2015 أول دواء مطبوع ( سبريتام ) بتقنية ZipDose .

8. التطور الطبي للطباعة ثلاثية الأبعاد 4 تطبيقات متقدمة : سقالات عظمية من هيدروكسيباتيت لتعزيز نمو الخلايا. نماذج ثلاثية للطباعة الجراحية المدعومة بالواقع الافتراضي . " الحبة المتعددة": دمج أدوية متعددة في قرص واحد . أنظمة توصيل ذكية تستهدف الأعضاء وتتحكم بالتحرر الدوائي . التحديات الحالية : ضمان أمان المواد البيولوجية المستخدمة . تحقيق دقة عالية في طباعة الأنسجة الحية . خفض الكلفة المرتفعة لبعض التطبيقات السريرية.

9. أنواع التصنيع الإضافي ( (A نفث المادة الرابطة - يُنفث مادة رابط سائلة فوق منطقة محددة من المسحوق، ويُوضع مسحوق إضافي فوقه، وتُكرر العملية. ( B ) ترسيب الطاقة الموجهة - يُستخدم الليزر لصهر المعدن أثناء بثقه من الفوهة. ( C ) بثق المواد - تُطرح اللدائن الحرارية المنصهرة عبر فوهة وتُبرد بسرعة على سطح الطباعة. ( D ) تصفيح الصفائح - تُقطع صفيحة من المادة حسب الحجم باستخدام شفرة أو ليزر، ثم تُضاف المادة اللاصقة إلى الصفيحة التالية، وتُطبق الحرارة لالتصاق الطبقات قبل قطع الطبقة الثانية بالشكل المطلوب. ( E ) نفث المواد - تُرش طبقة من الراتنج السائل ثم تُعالج (غالبًا باستخدام الأشعة فوق البنفسجية) قبل الانتقال إلى الطبقة التالية. ( F ) الطباعة المجسمة - تُخفض طبقة الطباعة إلى حوض من الراتنج السائل، الذي يُعالج بعد ذلك بالأشعة فوق البنفسجية. يستمر سطح الطباعة في التحرك عبر الراتنج طبقةً تلو الأخرى. ( G ) دمج سطح المسحوق - تُنشر طبقة من المسحوق (غالبًا ما تكون معدنية) فوق سطح الطباعة قبل صهرها باستخدام الليزر وتشكيلها في طبقة. يتحرك سطح الطباعة لأسفل، وتُنشر الطبقة التالية من المسحوق فوق الطبقة المتصلبة، وتتكرر العملية. ( H ) الطباعة الحيوية بالبثق (يسار) - على غرار بثق المواد، يُبثق الحبر الحيوي (مزيج من الخلايا والمواد الحاملة) من فوهة أو إبرة طبقةً تلو الأخرى قبل التشابك أو المعالجة.

10. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 في الطب : إنتاج أدوات طبية دقيقة ومخصصة . صناعة قوالب الأسنان وتقويمات بدقة عالية . تشخيص أمراض مستعصية مثل السرطان باستخدام نماذج مطبوعة . تصنيع أطراف صناعية منخفضة التكلفة وعالية التخصيص . في التعليم : إنشاء نماذج تشريحية واقعية للأعضاء البشرية . تحسين الفهم العملي للطلاب والأطباء من خلال النماذج المطبوعة . رفع كفاءة التدريب الجراحي في المعامل والمحاكاة.

11. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 النماذج التشريحية : استخدام بيانات مسح ثلاثي الأبعاد + برامج CAD لتصميم دقيق . نتائج : نماذج ملائمة بدقة تشريحية للمريض . الأطراف الصناعية : مكونات إلكترونية وميكانيكية وبرمجية متكاملة . مواد لدائنية حرارية منخفضة التكلفة وعالية الجودة. غرسات العمود الفقري : حلول مخصصة لمشاكل الأقراص الفقرية . تطوير مواد حيوية متوافقة لتحسين الأداء والتكامل مع الجسم.

12. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 الأدوات الجراحية المخصصة: التقنية المستخدمة : ✔ التلبيد الانتقائي بالليزر SLS) ) ✔ مادة " DuraForm EX" البلاستيكية ✔ تعديلات تصميمية متخصصة الأدوات المصنعة: - مشابك إبر جراحية (3 قطع + إيبوكسي ) - مشابك دموية بنظام قفل ضغطي - مقابض مباضع - ملاقط جراحية - أدوات " Army Navy"

13. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 الأدوات الجراحية المخصصة : المزايا: ✓ تخصيص غير مسبوق للجراحين ✓ تطوير سريع (تحسينات في 24 ساعة) ✓ تصنيع في مواقع نائية (مناطق حروب/فضاء) ✓ تقليل التكاليف مقارنة بالطرق التقليدية التحديات: ✗ الحاجة لمواد أكثر متانة وقابلة للتعقيم ✗ مشكلة امتصاص السوائل ✗ محدودية الدقة للمكونات الدقيقة ✗ متطلبات معالجة لاحقة معقدة المستقبل: → مكتبات رقمية للأدوات الجراحية → تصنيع حسب الطلب للحالات النادرة → تطبيقات في المناطق محدودة الموارد

14. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 الأنسجة والأعضاء الحيوية التطبيقات الرئيسية : تصور دقيق للهياكل القلبية مثل الصمامات والأوعية الدموية . تحسين اختيار المرضى وتحديد مقاسات الصمامات بدقة . ابتكار تصاميم جديدة لعلاج عيوب القلب الخلقية . الفوائد الإكلينيكية : دعم اتخاذ القرار الجراحي . تقليل الأخطاء والتعقيدات خلال العمليات.

15. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 التحديات الحالية : نقص مواد طباعة تحاكي : المرونة المتانة الشفافية صعوبة تمثيل التشريح الحقيقي للأنسجة القلبية . المتطلبات الحيوية للنماذج المثالية : المرونة لحركة الصمامات . الشفافية لتحليل بصري دقيق أثناء الجراحة . المتانة لمحاكاة الجدار الوعائي . الاتجاه المستقبلي : تطوير مواد طباعة حيوية أكثر توافقًا بيولوجيًا . استخدام Bioprinting لإنشاء صمامات من خلايا المريض لتقليل رفض الجسم.

16. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 المزايا: ✓ توفير وقت كبير في التصنيع ✓ إمكانية تعديل التصميم بسهولة ✓ تقليل الحاجة لعمليات زرع عظام إضافية ✓ نتائج جراحية محسنة بشكل ملحوظ ✓ حلول للحالات غير المنتظمة (كالجمجمة غير المتماثلة) التأثير الطبي: - تحسين جودة الرعاية الصحية - نتائج علاجية أفضل - حلول للتحديات الجراحية المستعصية سابقاً

17. تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي 5 الأساس التقني : تحويل صور CT/MRI/X-ray ) ) لملفات رقمية (STL ) تصميم دقيق يتطابق مع تشريح المريض دقة فائقة تفوق الطرق التقليدية التطبيقات الرئيسية زرعات الأسنان: تخصيص كامل حسب شكل الفك زرعات الورك والعمود الفقري: حلول للحالات المعقدة زرعات الجمجمة: دقة متناهية لإصابات الرأس جراحات الأعصاب: تصميمات خاصة للتشوهات التشريحية

18. 6 المواد المستخدمة في الطباعة الميزات اسم المادة م الميزات اسم المادة م خفيف الوزن، مقاوم للصدمات، متوافق حيويًا، وسهل الطباعة أكريلونيتريل بوتادين ستايرين ( ABS ) 1 متوافق حيويًا، مقاوم للاهتراء، يستخدم في زرعات العمود الفقري بولي إيثر إيثر كيتون 7 صديق للبيئة، أقل متانة، حساس للحرارة حمض البوليلاكتيك (PLA ) 2 قوي ومتين، يستخدم في الزرعات العظمية سبائك التيتانيوم Ti-6Al-4V) ) 8 قوي، مرن، مقاوم للاحتكاك النايلون 3 مرن ومتوافق حيويًا، مناسب للهياكل العظمية سبائك التيتانيوم ( β- Ti-35Zr-28Nb ) 9 صلب وخفيف، مناسب للأطراف الصناعية مقوى بألياف الكربون (CFR) 4 متين وقابل للتعقيم الفولاذ المقاوم للصدأ 10 أقوى من CFR، مكلف وصعب التصنيع مركب ألياف الكربون CFC) ) 5 خفيف وقوي، يستخدم في الزرعات والأدوات الجراحية التيتانيوم 11 مرن جدًا، يجمع بين خصائص النايلون والمطاط الصناعي لدائن تيرموبلاستيكية مرنة ( PCTPE ) 6 تستخدم في الأجهزة الطبية المعقدة البولي كربونات والسيراميك 12

19. 1. تصميم الكائن: يبدأ العمل بإنشاء نموذج رقمي باستخدام: برامج (CAD) التصميم بمساعدة الحاسوب. أ و ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد لنسخ كائن حقيقي. 2. تقنيات المسح ثلاثي الأبعاد: وقت الطيران الضوء المهيكل أو المعدل. المسح الحجمي مثال : تقنية Kinect من مايكروسوفت. 7 مبدأ عمل الطابعة ثلاثية الأبعاد 3. تحويل النموذج الرقمي إلى منتج ملموس: تقسيم النموذج إلى طبقات أفقية دقيقة. إرسال الملف إلى الطابعة. بناء الجسم طبقة تلو الأخرى حتى الاكتمال. 4. اتجاهات مستقبلية: دمج الماسحات ثلاثية الأبعاد في الهواتف الذكية. تقنيات منخفضة التكلفة متاحة للاستخدام المنزلي.

20. لماذا الدقة مهمة ؟ تؤثر مباشرة على الفعالية السريرية والنتائج العلاجية . حيوية في الحالات الدقيقة مثل : جراحة الفك السفلي . زراعة الغرسات المعقدة . مطلوبة في : الأدلة الجراحية الغرسات الطبية النماذج التشريحية التعليمية. 8 دقة الطباعة وأهميتها في التطبيقات الطبية

21. التحديات الحالية: غياب المعايير الموحدة عالميًا لتقييم دقة النماذج. قصور نطاق الدراسات على نماذج بسيطة مثل الأسنان. ندرة الأبحاث الطولية التي تتابع تغيّرات الدقة بمرور الوقت. الجهود البحثية: تطوير أنظمة تقييم معيارية للدقة. تحليل العوامل المؤثرة : تقنية الطباعة نوع المادة المستخدمة. إجراء مقارنات منهجية بين تقنيات الطباعة المختلفة. 8 دقة الطباعة وأهميتها في التطبيقات الطبية

22. 1 . المواد الحيوية المتوافقة: صعوبة الجمع بين التوافق الحيوي ، المتانة الميكانيكية ، و سهولة الطباعة . نقص المواد القابلة للتحلل الحيوي للاستخدام طويل الأمد. 2 . دقة الطباعة وسرعة الإنتاج: الهياكل المعقدة تتطلب وقتًا أطول للطباعة. الحاجة إلى توازن بين الدقة و الكفاءة الزمنية . 3 . ضمان الجودة والاتساق: حساسية الطباعة لتغيرات الحرارة والرطوبة. تحديات في الحفاظ على ثبات الخصائص الفيزيائية والوظيفية . 9 التحديات والصعوبات في استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد طبيًا

23. 🏛️ 4. المعوقات التنظيمية: تعقيد الإجراءات مع جهات مثل الوكالة الأوروبية EMA . تأخر إتاحة المنتجات للسوق. 5 . قابلية التوسع والوصول: ارتفاع الكلفة يمنع استخدامها على نطاق واسع. تفاوت القدرة على الوصول للتقنية بين المناطق الجغرافية. 6 . عمليات ما بعد المعالجة: الحاجة لتعقيم دقيق دون التأثير على الخواص البنيوية. المسامية تُصعّب المعالجة الفعّالة. 9 التحديات والصعوبات في استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد طبيًا

24. 7 . تعقيد الطباعة الحيوية: صعوبة طباعة شبكات وعائية لدعم الأنسجة. الحاجة لتقنيات معقدة لمحاكاة وظائف الأعضاء. 8 . الاعتبارات الأخلاقية والقانونية: أسئلة حول ملكية الأنسجة المصنعة . الحاجة لإطار قانوني ينظم الموافقة المستنيرة و زراعة الأعضاء المطبوعة. 9 التحديات والصعوبات في استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد طبيًا

25. 9 التحديات والصعوبات في استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد طبيًا

26. 10 طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد ومزاياها وعيوبها وتطبيقاتها التطبيقات العيوب المزايا التقنية - النماذج الأولية السريعة- الألعاب- الأجزاء المركبة - جودة سطح ضعيفة- خصائص ميكانيكية محدودة- مواد غير قابلة لإعادة التدوير - منخفضة التكلفة- سهلة الاستخدام- مناسبة للأشكال المعقدة النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM ) - التطبيقات الطبية- الطيران- الإلكترونيات- المبادلات الحرارية - تتطلب معالجة لاحقة- بطء نسبي- أحيانًا ضعف في البنية - لا تحتاج دعامات خارجية- إعادة تدوير المسحوق- تنوع المواد المستخدمة اندماج طبقة المسحوق ( SLS / SLM - قطاع الطيران- التطبيقات الطبية الحيوية - دقة منخفضة- سرعة بطيئة- دعم هيكلي مطلوب- مواد محدودة - خصائص ميكانيكية قوية- مناسبة لأعمال الصيانة الترسيب بالطاقة المباشرة (DED )

27. تبنٍّ متزايد لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد عالميًا دبي رائدة في الابتكار: 2015: أول مبنى مكتبي مطبوع بالكامل . 2016 : خطط لمختبرات متخصصة في الطاقة والطائرات بدون طيار . توجه استراتيجي نحو ثورة صناعية جديدة. 11 الآفاق المستقبلية للطباعة ثلاثية الأبعاد في الهندسة الطبية مصر : خطوات مدروسة نحو التنظيم والتطبيق . تشكيل لجان لدراسة التحديات وتأسيس بنية تحتية قوية . مبادرة د. محمد العواد (شركة ميداتيف ) : تصنيع أطراف صناعية مبتكرة . محاكاة التشوهات المرضية . تحسين التشخيص والتخطيط العلاجي .

28. أصبحت عنصرًا محوريًا في التطبيقات الطبية: النماذج التشريحية لتعزيز التعليم الطبي . أدوات جراحية مخصصة لزيادة الدقة في العمليات . زراعات طبية عالية الدقة تشبه البنية البشرية . أبحاث طباعة الأنسجة والأعضاء تمنح الأمل لمرضى زراعة الأعضاء. 12 الخاتمة تحديات قائمة : قلة المواد الحيوية المتوافقة . غياب معايير جودة موحدة . ارتفاع التكاليف . نقص الدراسات السريرية طويلة الأمد . فرص واعدة : تطور المواد الحيوية . دمج الذكاء الاصطناعي لتحسين الدقة . ازدياد الاستثمارات في المجال.

29. المصادر والمراجع فوزي أحمد, رشا, دسوقي عبدالموجود , & ابراهيم. (2023). دراسة تطبيقية لتصميم وتنفيذ طابعة خزفية ثلاثية الأبعاد. مجلة جامعة جنوب الوادى الدولية للعلوم التربوية, 6(11), 211-250. ابراهيم . (2016). الطباعة ثلاثية الابعاد. المجله الدوليه للتعليم بالانترنت , 15(1), 263-274. Ahmed , A. A., Arhoumah , K. M., Asmaeil , A., & Abukraa , S. (2019). تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد ومستقبلها في العالم العربي. Journal of Pure & Applied Sciences, 18(3).‏ Kumar , P., Rajak , D. K., Abubakar , M., Ali, S. G. M., & Hussain, M. (2021). 3D printing technology for biomedical practice: a review. Journal of Materials Engineering and Performance, 30(7), 5342-5355.‏ Chen , J. R., Morris, J., Wentworth, A., Sears, V., Duit , A., Erie, E., ... & Leng , S. (2023). Three-dimensional printing accuracy analysis for medical applications across a wide variety of printers. Journal of Medical Imaging, 10(2), 026501-026501.‏ Barua , R., Datta , S., Roychowdhury , A., & Datta , P. (2019). Importance of 3D printing technology in medical fields. In Additive Manufacturing Technologies From an Optimization Perspective (pp. 21-40). IGI Global. ‏

30. المصادر والمراجع 7 . Pathak, K., Saikia , R., Das, A., Das, D., Islam, M. A., Pramanik , P., ... & Borthakur , B. (2023). 3D printing in biomedicine: Advancing personalized care through additive manufacturing. Exploration of Medicine, 4(6), 1135-1167.‏ 8. Ahangar , P., Cooke, M. E., Weber, M. H., & Rosenzweig , D. H. (2019). Current biomedical applications of 3D printing and additive manufacturing. Applied sciences, 9(8), 1713.‏ 9. Mamo , H. B., Adamiak , M., & Kunwar , A. (2023). 3D printed biomedical devices and their applications: A review on state-of-the-art technologies, existing challenges, and future perspectives. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 143, 105930.‏ Al-Maliki , J. Q., & Al-Maliki, A. J. Q. (2015). The processes and technologies of 3D printing. International Journal of Advances in Computer Science and Technology, 4(10), 1–6 . Mughir , W. A. (2022). A Review in 3D Printing Technique: Types, Applications and Process ‎ Parameters. Journal of University of Babylon for Engineering Sciences, 30(3), 33-49. ‏ George, M., Aroom , K. R., Hawes, H. G., Gill, B. S., & Love, J. (2017). 3D printed surgical instruments: the design and fabrication process. World journal of surgery, 41(1), 314-319. ‏

31. THANK YOU For listening