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在生物醫學中采用3D列印的三種技術創新方式！

發布時間：2022-05-30 09:31:27瀏覽：7027點贊：

3D列印控制技術的急速發展，為各個領域增添了各種競爭優勢，比如說增加生產成本，延長鍛造周期性等，由此可見，許多研究相關人員已經開始借助它，來鍛造從訂制的試驗電子零件設備到器官精巧數學模型等所有人東西。

靈巧應用領域3D列印鍛造配件愛爾蘭穆爾理工學院的數學家Julian Stirling是工程項目組的核心成員，該工程項目組所結構設計的成像電子零件顯微鏡是由3D列印的塑膠組件做成。該創意設計基本原理是在肯尼亞的原野里修建它，并透過在血漿中找尋病菌，借助它來確診黃熱病。Julian Stirling說：“在肯尼亞，我們遭遇的問題是缺少Jalgaon自然科學知識和用作修理自然科學電子零件設備的該地組件，而出口組件既高昂又費時。但是透過3D列印控制技術列印組件，該地的醫師和生物學家便能選用加速且低生產成本的方式復原他們的電子零件顯微鏡。肯尼亞該地的一間企業甚至借助電子零件廢棄物和其他該地金屬材料鍛造了FDM列印機。”

包括Thingiverse和MyMiniFactory其中的一些中文網站為生物學家提供高峰論壇，進而擷取可列印組件的計算機系統數學模型。但根據Stirling的實戰經驗，這些中文網站上的數學模型一般來說是不完備的，缺少某一工程項目的文檔格式或修正結構設計的關鍵性文檔。因此，他的工程項目組選用名叫OpenSCAD的對外開放源碼的C語言Cubzac建立電子零件顯微鏡的構筑，因此能選用3D列印控制技術列印電子零件顯微鏡。實踐告訴Stirling，在生物醫學選用3D列印機和在該地選用存在著很大的差異。肯尼亞的氣候十分潮濕，因此，3D列印塑膠長絲一般來說比在能控制氣候的生物醫學中更難列印，這是因為濕度會影響塑膠長絲，進而導致列印失敗的次數增多。此外，列印機斷電的情況并不少見，但是只有部分列印機在恢復供電后才能繼續列印半成品物體。Stirling和他的工程項目組在氣候問題上無能為力，但他們確實借助不間斷的電力供應，以確保他們的印刷工作能夠順利完成。仿生學器官紐約羅切斯特理工學院醫學中心泌尿外科醫師Ahmed Ghazi借助3D列印控制技術，鍛造出非功能性器官。外科醫師能借助這些器官進行有機器人輔助的手術。對于相對復雜的手術，比如說切除腫瘤，3D列印控制技術的應用領域因患者不同而大相徑庭。正如Ghazi所指出的，“腫瘤無教條可言。”Ghazi首先對患者的組織進行3D計算機系統輔助斷層掃描，然后將數據輸入商業醫學建模軟件Mimics，該軟件產自比利時魯汶的Materialise，以及加州圣拉斐爾Autodesk的免費工具Meshmixer，用作建立3D數學模型。然后，他借助FDM列印機將這些數學模型列印成中空的塑膠模具，插入連接到假血漿泵的血管復制品，并向模具中注入水凝膠，水凝膠會凝固成具有器官般硬度的物體，形成的結構非常真實。

Ghazi和他的工程項目組每周都選用這些數學模型進行4次手術實操。在每個案例中，他們建立了兩份數學模型，并選擇最精確的表現形式。他們正在訓練其他醫師在心臟和肝臟手術等領域應用領域這項控制技術。Ghazi 說道：“這些控制技術的發展前景會越來越好。”但缺陷依然存在。Ghazi說道，FDM列印機生產的模具一般來說具有微小的棱紋和凹痕。這些缺陷一般來說太小，以致于肉眼無法看到，但透過機器人攝像頭卻能清楚地看到，這可能會影響外科醫師的體驗。Ghazi的解決方案是在模具內部涂上一層室溫蠟，填充凹凸不平的地方，進而使最終產品變得平滑。

Stratays的J750也能應用領域多金屬材料列印出具有仿生學特性的器官數學模型，幫助醫師進行手術模擬或科研。復制巖石數學模型對于大福克斯市北達科他州理工學院的石油工程師Mehdi Ostadhassan來說，3D列印成為了從巖石中優化提取油氣的工具。Ostadhassan選用OpenSCAD和商業3D電腦輔助結構設計軟件AutoCAD(來自Autodesk)等程序，結合各種3D列印機和金屬材料，列印“巖石”。這些巖石數學模型具有真實的物理性質，包括微小而細致的孔隙，Ostadhassan將它置于物理壓力之下，以便更好地理解液體是如何在真實的等同物中流動。

為了建立最真實的巖石，Ostadhassan選用了一系列的列印方式，包括粘合劑噴射控制技術，將液體粘合劑逐層地涂在石膏粉或硅砂上。該過程生成的物體具有與真實巖石相似的力學性質。但未粘合的粉末也會卡在毛孔中，這會降低最終產品的質量。在一些試驗中，Ostadhassan需要選用疏水處理，以獲取“潤濕性”。立體石版印刷機在列印具有細孔的巖石方面表現更佳，有助于研究流體流動特性，但它所生成的數學模型不如粘結劑噴印巖石那般牢固。由此可見，Ostadhassan正與其他研究相關人員合作開發訂制的列印機，這種列印機不僅能模擬出真實巖石的孔隙和裂縫，還能生成與真實巖石具有相同機械強度的數學模型。金屬金屬材料中國深圳自然科學應用領域3D列印機鍛造商UniMaker的首席執行官Yang Yang表示：“3D列印所用的金屬材料非常有限。”Yang說道，另一個新興的領域就是金屬。具有金屬功能的列印機選用一束電子零件或一束激光，將金屬粉末熔化成某一的圖案。來自珀斯西澳大利亞理工學院數學家Jeremy Bourhill研究暗物質，但他現在正在研究選用基于激光手段的3D金屬列印機來構筑超導鈮網格。這能用來阻擋干擾暗物質探測的強磁場。

選用傳統的機械加工來鍛造這種金屬網，需要有毒的潤滑劑，并會浪費大量高昂的鈮。因此，Bourhill的工程項目組正在選用高能激光將金屬粉末的橫截面熔化在一起。但由于鈮非常堅硬且熔點是2500°C，因此，這個過程需要大量的電力。曾幾何時，像Bourhill這樣的研究相關人員的選擇是有限的。但隨著3D列印機越來越普及，研究相關人員的選擇也越來越多。工程師說道：“3D列印正在實現個性化鍛造，取代集中式鍛造。”

(責任編輯：admin)

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