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在生物医学中采用3D列印的三种技术创新方式！

发布时间：2022-06-08 13:32:10浏览：6869点赞：

3D列印控制技术的急速发展，为各个领域增添了各种竞争优势，比如说增加生产成本，延长锻造周期性等，由此可见，许多研究相关人员已经开始借助它，来锻造从订制的试验电子零件设备到器官精巧数学模型等所有人东西。

灵巧应用领域3D列印锻造配件爱尔兰穆尔理工学院的数学家Julian Stirling是工程项目组的核心成员，该工程项目组所结构设计的成像电子零件显微镜是由3D列印的塑胶组件做成。该创意设计基本原理是在肯尼亚的原野里修建它，并透过在血浆中找寻病菌，借助它来确诊黄热病。Julian Stirling说：“在肯尼亚，我们遭遇的问题是缺少Jalgaon自然科学知识和用作修理自然科学电子零件设备的该地组件，而出口组件既高昂又费时。但是透过3D列印控制技术列印组件，该地的医师和生物学家便能选用加速且低生产成本的方式复原他们的电子零件显微镜。肯尼亚该地的一间企业甚至借助电子零件废弃物和其他该地金属材料锻造了FDM列印机。”

包括Thingiverse和MyMiniFactory其中的一些中文网站为生物学家提供高峰论坛，进而撷取可列印组件的计算机系统数学模型。但根据Stirling的实战经验，这些中文网站上的数学模型一般来说是不完备的，缺少某一工程项目的文档格式或修正结构设计的关键性文档。因此，他的工程项目组选用名叫OpenSCAD的对外开放源码的C语言Cubzac建立电子零件显微镜的构筑，因此能选用3D列印控制技术列印电子零件显微镜。实践告诉Stirling，在生物医学选用3D列印机和在该地选用存在着很大的差异。肯尼亚的气候十分潮湿，因此，3D列印塑胶长丝一般来说比在能控制气候的生物医学中更难列印，这是因为湿度会影响塑胶长丝，进而导致列印失败的次数增多。此外，列印机断电的情况并不少见，但是只有部分列印机在恢复供电后才能继续列印半成品物体。Stirling和他的工程项目组在气候问题上无能为力，但他们确实借助不间断的电力供应，以确保他们的印刷工作能够顺利完成。仿生学器官纽约罗切斯特理工学院医学中心泌尿外科医师Ahmed Ghazi借助3D列印控制技术，锻造出非功能性器官。外科医师能借助这些器官进行有机器人辅助的手术。对于相对复杂的手术，比如说切除肿瘤，3D列印控制技术的应用领域因患者不同而大相径庭。正如Ghazi所指出的，“肿瘤无教条可言。”Ghazi首先对患者的组织进行3D计算机系统辅助断层扫描，然后将数据输入商业医学建模软件Mimics，该软件产自比利时鲁汶的Materialise，以及加州圣拉斐尔Autodesk的免费工具Meshmixer，用作建立3D数学模型。然后，他借助FDM列印机将这些数学模型列印成中空的塑胶模具，插入连接到假血浆泵的血管复制品，并向模具中注入水凝胶，水凝胶会凝固成具有器官般硬度的物体，形成的结构非常真实。

Ghazi和他的工程项目组每周都选用这些数学模型进行4次手术实操。在每个案例中，他们建立了两份数学模型，并选择最精确的表现形式。他们正在训练其他医师在心脏和肝脏手术等领域应用领域这项控制技术。Ghazi 说道：“这些控制技术的发展前景会越来越好。”但缺陷依然存在。Ghazi说道，FDM列印机生产的模具一般来说具有微小的棱纹和凹痕。这些缺陷一般来说太小，以致于肉眼无法看到，但透过机器人摄像头却能清楚地看到，这可能会影响外科医师的体验。Ghazi的解决方案是在模具内部涂上一层室温蜡，填充凹凸不平的地方，进而使最终产品变得平滑。

Stratays的J750也能应用领域多金属材料列印出具有仿生学特性的器官数学模型，帮助医师进行手术模拟或科研。复制岩石数学模型对于大福克斯市北达科他州理工学院的石油工程师Mehdi Ostadhassan来说，3D列印成为了从岩石中优化提取油气的工具。Ostadhassan选用OpenSCAD和商业3D电脑辅助结构设计软件AutoCAD(来自Autodesk)等程序，结合各种3D列印机和金属材料，列印“岩石”。这些岩石数学模型具有真实的物理性质，包括微小而细致的孔隙，Ostadhassan将它置于物理压力之下，以便更好地理解液体是如何在真实的等同物中流动。

为了建立最真实的岩石，Ostadhassan选用了一系列的列印方式，包括粘合剂喷射控制技术，将液体粘合剂逐层地涂在石膏粉或硅砂上。该过程生成的物体具有与真实岩石相似的力学性质。但未粘合的粉末也会卡在毛孔中，这会降低最终产品的质量。在一些试验中，Ostadhassan需要选用疏水处理，以获取“润湿性”。立体石版印刷机在列印具有细孔的岩石方面表现更佳，有助于研究流体流动特性，但它所生成的数学模型不如粘结剂喷印岩石那般牢固。由此可见，Ostadhassan正与其他研究相关人员合作开发订制的列印机，这种列印机不仅能模拟出真实岩石的孔隙和裂缝，还能生成与真实岩石具有相同机械强度的数学模型。金属金属材料中国深圳自然科学应用领域3D列印机锻造商UniMaker的首席执行官Yang Yang表示：“3D列印所用的金属材料非常有限。”Yang说道，另一个新兴的领域就是金属。具有金属功能的列印机选用一束电子零件或一束激光，将金属粉末熔化成某一的图案。来自珀斯西澳大利亚理工学院数学家Jeremy Bourhill研究暗物质，但他现在正在研究选用基于激光手段的3D金属列印机来构筑超导铌网格。这能用来阻挡干扰暗物质探测的强磁场。

选用传统的机械加工来锻造这种金属网，需要有毒的润滑剂，并会浪费大量高昂的铌。因此，Bourhill的工程项目组正在选用高能激光将金属粉末的横截面熔化在一起。但由于铌非常坚硬且熔点是2500°C，因此，这个过程需要大量的电力。曾几何时，像Bourhill这样的研究相关人员的选择是有限的。但随着3D列印机越来越普及，研究相关人员的选择也越来越多。工程师说道：“3D列印正在实现个性化锻造，取代集中式锻造。”

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