層析成像，體積3D打印方法？這個(gè)新技術(shù)可以定制軟醫(yī)療設(shè)備

魔猴君  行業(yè)資訊   2208天前

魔猴網(wǎng)了解到，來(lái)自洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的三位研究人員使用斷層攝影，體積3D打印方法，以克服因使用鑄造和3D打印制造患者定制的軟醫(yī)療而影響流程鏈和患者護(hù)理的限制設(shè)備。該小組發(fā)表了一篇題為“通過(guò)斷層背投影的彈性體體積3D打印”的論文，詳細(xì)介紹了他們的方法。他們基于層析成像的體積方法比傳統(tǒng)的增材制造快得多，他們能夠在不到30秒的時(shí)間內(nèi)打印復(fù)雜的部件，如助聽(tīng)器外殼和肺動(dòng)脈微型模型。

（a）小鼠肺動(dòng)脈模型3D打印32.5秒

（b）Micro-CT掃描3D打印部件的橫截面;藍(lán)色顯示堅(jiān)固的墻壁

大多數(shù)增材制造方法，如熔融沉積建模，選擇性激光熔化或立體光刻，一次創(chuàng)建一層對(duì)象。這種類(lèi)型的工藝對(duì)可以印刷的形狀和材料施加了限制。例如，懸垂結(jié)構(gòu)在印刷期間需要額外的支撐，并且柔軟或彈性材料難以印刷，因?yàn)樗鼈冸S著添加新層而變形。雖然可以使用鑄造來(lái)制造某些彈性部件，但是設(shè)計(jì)自由度受到限制，因?yàn)榍换蚬茈y以脫模。而使用基于斷層攝影的體積3D打印方法，其中可光聚合樹(shù)脂的整個(gè)體積同時(shí)固化。研究人員展示了使用丙烯酸酯和有機(jī)硅的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速（<30s）印刷。“

體積添加劑制造的概念

計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）掃描實(shí)際上啟發(fā)了斷層掃描3D打印。斷層算法用于處理患者對(duì)象的射線照相投影，從而可以重建被掃描對(duì)象的橫截面圖像。這些圖像表示吸收的X射線劑量如何在物體內(nèi)部分布?；旧希瑪鄬?D打印的過(guò)程可以在光聚合物體積內(nèi)創(chuàng)建固體物體。

為了計(jì)算累積和等于最佳劑量分布的一組投影，必須將一個(gè)Ram-Lak濾波器或斜坡濾波器應(yīng)用于Radon投影，以便產(chǎn)生濾波后投影，然后濾波器“補(bǔ)償由于投影引起的固有模糊效應(yīng)”?！傲鶄€(gè)405nm激光二極管，標(biāo)稱功率為6.4W，被準(zhǔn)直并組合成一個(gè)具有緊密間隔鏡子的光束?！毖芯咳藛T介紹他們的光學(xué)裝置。一旦組合光束耦合到方芯光纖中，光纖的輸出就被放大并通過(guò)非球面透鏡和一組正交柱面透鏡投射到數(shù)字微鏡器件上，這些透鏡具有不同的焦距，有助于將光束調(diào)整到DMD的矩形區(qū)域。

“為了優(yōu)化反射效率，我們?cè)O(shè)置中的DMD固定在旋轉(zhuǎn)支架上，使得設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)應(yīng)于微鏡的對(duì)角傾斜軸。然后，我們簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)DMD，直到主反射次序的功率最大化，“研究人員解釋說(shuō)。 “在我們的情況下，旋轉(zhuǎn)角度約為7°，但一般來(lái)說(shuō)，它取決于激光的精確波長(zhǎng)，DMD的像素間距和微鏡的傾斜角度?！痹搱F(tuán)隊(duì)使用4f系統(tǒng)將DMD表面成像為一個(gè)容納光聚合物的圓柱形玻璃小瓶?？讖阶钃醪恍枰难苌浼?jí)，而靠近小瓶的凹圓柱形透鏡可校正任何失真。然后，當(dāng)DMD中的所有像素都處于“ON”狀態(tài)時(shí)，光束的功率大約為1.6瓦。

有一點(diǎn)需要注意：團(tuán)隊(duì)的斷層體積3D打印方法需要光圖案在構(gòu)建體積的整個(gè)直徑上傳播。研究人員認(rèn)為，這將“限制用于斷層體積印刷的可打印物體的尺寸，因?yàn)榇笪矬w所需的低光引發(fā)劑量將導(dǎo)致聚合物轉(zhuǎn)化率差和印刷部件的機(jī)械性能差?！薄皳Q句話說(shuō)，用于容量增材制造的合適樹(shù)脂應(yīng)該具有強(qiáng)反應(yīng)性和低吸收性，這與逐層打印機(jī)的要求相比較，在這些打印機(jī)中，需要強(qiáng)大的反應(yīng)性和樹(shù)脂的強(qiáng)吸收性才能獲得良好的樹(shù)脂 。“研究人員解釋說(shuō)。

因?yàn)樗麄兊姆椒ㄔ?/span>3D打印過(guò)程中不需要物體移動(dòng)，所以基于諸如硅樹(shù)脂的材料的粘性樹(shù)脂配方實(shí)際上可以用于產(chǎn)生復(fù)雜的脈管系統(tǒng)圖案。

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)