Naukowcy demonstrują zastosowanie tomograficznej, objętościowej metody drukowania 3D dla miękkich urządzeń medycznych

Streszczenie brzmi: "Większość metod produkcji addytywnej, takich jak modelowanie z osadzaniem stopionym, selektywne topienie laserowe lub stereolitografia, tworzy obiekty sekwencyjnie po jednej warstwie na raz. Ten rodzaj procesu nakłada ograniczenia na kształty i materiały, które można drukować. Na przykład, zwisające struktury wymagają dodatkowych podpór podczas drukowania, a miękkie lub elastyczne materiały są trudne do drukowania, ponieważ odkształcają się podczas dodawania nowych warstw. Podczas gdy zamiast tego można zastosować odlewanie w celu wytworzenia pewnych elastycznych części, swoboda projektowania jest ograniczona, ponieważ wgłębienia lub rury są trudne do odklejenia. Tutaj używamy wolumetrycznej metody drukowania 3D opartej na tomografii, gdzie cała objętość żywicy zdolnej do fotopolimeryzacji jest zestalana w tym samym czasie. Prezentujemy bardzo szybkie (<30s) drukowanie różnorodnych złożonych struktur z akrylanami i silikonami. "

Skany tomografii komputerowej (CT) faktycznie zainspirowały tomograficzny druk 3D. Algorytm tomograficzny służy do przetwarzania projekcji radiologicznych obiektu pacjenta, tak aby można odtworzyć przekrojowe obrazy skanowanego obiektu. Obrazy te przedstawiają sposób, w jaki wchłonięta dawka promieniowania rentgenowskiego jest rozprowadzana wewnątrz samego obiektu. Zasadniczo, proces tomograficznego druku 3D może wytworzyć stały obiekt wewnątrz objętości fotopolimeru.

Aby obliczyć zestaw rzutów, w których łączna suma jest równa optymalnemu rozkładowi dawki, należy zastosować Ram - filtr Laka lub filtr rampowy do projekcji Radona w celu utworzenia filtrowanych rzutów wstecz; filtr następnie "kompensuje nieodłączne efekty rozmycia spowodowane projekcjami."

"Sześć diod laserowych o długości 405 nm, o łącznej mocy znamionowej 6,4 W, jest kolimowanych i łączonych w jedną wiązkę z blisko rozmieszczonymi lusterkami , "Naukowcy napisali o swoich ustawieniach optycznych.

Po połączeniu wiązki w światłowód o kwadratowym rdzeniu, moc światłowodu jest następnie powiększana i rzutowana na cyfrowe urządzenie mikromacierzy przez soczewkę asferyczną i zestaw ortogonalnych cylindrycznych soczewek, które mają różne długości ogniskowej, aby pomóc dopasować wiązkę do prostokątnego obszaru DMD.

"Aby zoptymalizować odbitą wydajność, DMD w naszym ustawieniu jest zamocowany na obrotowym mocowaniu w w taki sposób, że oś obrotu urządzenia odpowiada ukośnej osi przechyłu mikromiru. Następnie po prostu obróciliśmy DMD, aż moc w głównym odzwierciedlonym porządku została zmaksymalizowana ", naukowcywyjaśnione. "W naszym przypadku kąt obrotu wynosił w przybliżeniu 7 °, ale generalnie zależy to od dokładnej długości fali lasera, wysokości pikseli DMD i kąta nachylenia mikromiru."

Zespół użył układ 4f do obrazowania powierzchni DMD w cylindrycznej szklanej fiolce zawierającej fotopolimer. Otwór blokuje niechciane rzędy dyfrakcyjne, podczas gdy wklęsła soczewka cylindryczna blisko fiolki koryguje wszelkie zniekształcenia. Następnie, gdy wszystkie piksele w DMD są w stanie "WŁĄCZONYM", moc wiązki wynosi w przybliżeniu 1,6 wata.

Sartomer dostarczył materiały do ​​preparatów żywicznych, a ich właściwości wytrzymałościowe zostały zmierzone na uniwersalna maszyna wytrzymałościowa według norm ASTM.

"Nasza metoda produkcji wolumetrycznych dodatków określa pewne wymagania dotyczące żywic drukarskich, w szczególności pod względem ich lepkości, przezroczystości i właściwości rozpraszania", zauważyli naukowcy

" W przypadku żywic A i U obróbkę następczą uzyskano przez filtrowanie zawartości fiolki fotopolimerowej zarówno w celu zebrania zadrukowanej części, jak i recyklingu niepolimeryzowanej zawartości atramentu. Część była dodatkowo czyszczona przez 30 sekund w łaźni ultradźwiękowej z alkoholem izopropylowym, a następnie przez 10 minut w etapie suszenia i po 3 minutach po utwardzeniu przy 150 mW / cm2 z 405 nm źródłem światła LED. "

Naukowcom udało się wykorzystać wolumetryczny proces drukowania 3D, aby uzyskać "części o ogólnej dobrej jakości".

Trzeba pamiętać: Tomograficzna wolumetryczna metoda druku 3D zespołu wymaga wzorów świetlnych propagować przez całą średnicę kompilacji. Naukowcy są przekonani, że "ograniczy to wielkość przedmiotu do druku za pomocą tomograficznego druku wolumetrycznego, ponieważ niska ilość fotoinicjatora wymagana dla dużych obiektów spowoduje słabą konwersję polimeru i słabe właściwości mechaniczne zadrukowanych części".

"Innymi słowy, odpowiednie żywice do produkcji dodatków objętościowych powinny charakteryzować się silną reaktywnością i niską absorpcją, co należy porównać z wymaganiami dla drukarek warstwa po warstwie, gdzie wymagana jest zarówno silna reaktywność jak i silne wchłanianie żywic w celu uzyskania Dobrze zdefiniowane warstwy - wyjaśnił naukowiec.

Ponieważ ich metoda nie wymaga poruszania się obiektu podczas procesu drukowania 3D, lepkie preparaty żywiczne oparte na materiałach takich jak silikon mogą być w rzeczywistości wykorzystywane do produkcji złożone wzory naczyniowe.

Zespół podsumował: "Spodziewamy się tej metodyumożliwi wytwarzanie miękkich i elastomerowych części, które nie były dostępne innymi metodami, takimi jak odlewanie lub wytwarzanie warstw metodą "warstwa po warstwie", umożliwiając szereg nowych zastosowań, na przykład w planowaniu chirurgicznym. "

Co- autorami artykułu są Damien Loterie, Paul Delrot i Christophe Moser.