自從3D打印技術(shù)誕生以來，我們就在醫(yī)學(xué)界聽到了很多關(guān)于3D打印的消息，現(xiàn)在，在全球大流行的時候，這項技術(shù)經(jīng)常支持有需要的當(dāng)?shù)蒯t(yī)生。在其歷史上，SLS印刷技術(shù)一直支持艱難的外科手術(shù)，無論是以工具或視覺輔助的形式，為外科醫(yī)生進(jìn)行嚴(yán)肅的手術(shù)做好準(zhǔn)備（閱讀：如何拯救渺小的生命）。

?

SLS技術(shù)有許多優(yōu)點，它使用的材料具有適合多種行業(yè)的特性。與其他3d打印方法相比，最重要的優(yōu)點是沒有生成額外的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)必須通過機械或化學(xué)方式去除（斷開/切斷/溶解）。由于粉末支撐著每一層，因此有可能產(chǎn)生具有各種結(jié)構(gòu)和小細(xì)節(jié)的最復(fù)雜模型。來自醫(yī)療行業(yè)的打印輸出通常屬于這類元素，尤其是來自斷層掃描或其他成像方法的打印輸出（圖2）。

 

 

是否有適合打印醫(yī)學(xué)模型的技術(shù)？

 

3D打印的一個經(jīng)常提到的優(yōu)點是能夠打印具有最高幾何復(fù)雜度的模型，僅受想象力的限制。然而，印刷技術(shù)之間存在著巨大的差異及其局限性——這是由于不同設(shè)計使用的材料和設(shè)備以及材料分層的方法（增量——而非減法）造成的。因此，應(yīng)單獨考慮3D中的每個應(yīng)用和幾何模型，并根據(jù)表面要求、尺寸公差或機械性能進(jìn)行分析。

不應(yīng)忘記的一個重要因素是模型是否需要支撐結(jié)構(gòu)，因為后處理不僅會損害美觀，還會損害功能。許多醫(yī)學(xué)應(yīng)用需要具有內(nèi)部特征的復(fù)雜有機結(jié)構(gòu)。我們將以各種技術(shù)中的心印為例，說明這些模型為了保持適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量和可用性而省略支撐結(jié)構(gòu)的重要性。

 

?                                                                                                                                                   3d打印心形
?

SLA、FDM和SLS技術(shù)中支撐結(jié)構(gòu)對印刷品幾何結(jié)構(gòu)的影響

 

在圖2中，您可以看到印刷品（從左側(cè)）：由樹脂（SLA）、ABS（FDM）、PLA（FDM）和PA12（SLS）制成。在FDM技術(shù)的情況下，支撐結(jié)構(gòu)（通常在切片機中自動生成）非常密集，并且由于模型的幾何結(jié)構(gòu)，其數(shù)量非常多。不幸的是，在這種類型的幾何體中，使用這種技術(shù)我們將無法達(dá)到預(yù)期的效果。即使使用可溶性支撐結(jié)構(gòu)，它們也會干擾表面，從而在結(jié)構(gòu)上留下瑕疵。此外，在心臟的情況下，一些元素或側(cè)面由于尺寸較小而未正確打印。這些層清晰可見，它們掩蓋了模型中可能因醫(yī)學(xué)原因而重要的小元素。此外，使用后處理來平滑表面可能會導(dǎo)致打印輸出中的細(xì)節(jié)丟失。

在SLA技術(shù)中，元素的表面和映射都要好得多。盡管如此，在某些情況下，支撐結(jié)構(gòu)非常大，以至于在不損壞模型的情況下無法移除它們（尤其是小突出元件–圖–小元件特寫）。此外，移除支撐結(jié)構(gòu)會在使用工具很難觸及的地方留下瑕疵，這可能會損壞脆弱的模型。當(dāng)然，在SLS技術(shù)中，這些額外的印刷結(jié)構(gòu)并不存在，因為作為模型支撐的粉末在印刷后在噴砂機中被移除。與樹脂模型相比，這允許更多的細(xì)節(jié)和細(xì)節(jié)。

 

                                                                                            SLA 3d打印心形

                                                                                     SLA 3d打印心形

?

后處理

 

移除支撐結(jié)構(gòu)需要花費額外的時間來準(zhǔn)備模型。對于ABS和PLA車型，這可能需要很長時間，尤其是當(dāng)車型表面粗糙且支架不易脫落時。這是兩種心臟模型的情況。在模型的某些地方，支撐可以很容易地移除，而在另一些地方，盡管增加了巨大的力，但這是不可能的。在樹脂模型的情況下，處理非常簡單——模型表面和結(jié)構(gòu)之間的狹窄處的結(jié)構(gòu)必須被切斷。然而，為了不損壞這樣一個復(fù)雜的模型，它需要大量的時間，并且不管怎樣都會留下瑕疵。就SLS機型而言，幸運的是，我們沒有浪費——印刷過程中的剩余粉末可以被刷新（或者在某些情況下，甚至不需要）并重新使用。

                                                                               3D打印心臟支架拆除
?

打印表面

 

最佳表面質(zhì)量是通過SLS和SLA技術(shù)實現(xiàn)的，在這種情況下，我們將排除FDM技術(shù)，FDM技術(shù)也可以創(chuàng)建具有出色表面和低層可見性的模型，但不能創(chuàng)建具有此類復(fù)雜模型的模型。不可能在整個零件上實現(xiàn)高質(zhì)量的表面光潔度。SLS和SLA技術(shù)在圖層的低可見度方面非常相似，但在心臟的情況下，更清晰的細(xì)節(jié)和更大的表面細(xì)節(jié)是絕對可見的。樹脂模型似乎在很大程度上是平滑的。樹脂模型中的許多微小細(xì)節(jié)已經(jīng)融合到支撐結(jié)構(gòu)上，只留下表面瑕疵。

?                                                                                                         
?                                                                                                                       3D打印心形比較

?

SLS實現(xiàn)的內(nèi)表面略優(yōu)于SLA–無偽影、無附加結(jié)構(gòu)、無機械干預(yù)。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，無論是研究還是手術(shù)準(zhǔn)備，內(nèi)腔的表面質(zhì)量與外部特征一樣重要。

在顯微鏡下，FDM表面可見大的圓形層，即使沒有顯微鏡也能看到。樹脂技術(shù)可以使用非常薄的層-它們也是扁平的，這使它們看起來光滑。在FDM的情況下，表面粗糙，在顯微鏡下看不到層——模型雖然無光澤，但光滑，肉眼看不到層。
?

?                                                                                                                         ?SLS顯微鏡視覺

?

?                                                                                                                             FDM顯微鏡視覺
?
?
??

?                                                                    
                                                                                                                   FDM PLA 顯微鏡視覺
?

?
?                                                                                    SLA 樹脂顯微鏡視覺下
?
?
?
?
?                                                                                     SLS vs SLA 內(nèi)部對比

 

精度

 

由于存在來自支撐結(jié)構(gòu)的殘余物，一些幾何形狀無法具有適當(dāng)?shù)木?。在一些空腔中，有太多的額外材料，甚至無法進(jìn)行測量。對于心臟這類復(fù)雜的模型，需要許多專門和精確的工具來移除這些結(jié)構(gòu)。

 

在樹脂模型的情況下，還發(fā)現(xiàn)在模型的深處，材料固化過程沒有完全完成，這導(dǎo)致幾何體模糊。在精度測量方面，由于缺乏支持，SLS技術(shù)獲得了很大收益–大多數(shù)情況下，測量值在+/-0.1mm范圍內(nèi)，這可以被視為高精度（根據(jù)SLS技術(shù)中的3D輪轂，制造標(biāo)準(zhǔn)為+/-0.3mm）。

 

* Standards from https://www.3dhubs.com/manufacturing-standards/ ** Deviation colours: Green – up to 0.1mm, Yellow – 0.1 – 1.0mm, Red – above 1mm.
?

SLS是醫(yī)療有機模型的完美解決方案

 

SLS是一種技術(shù)，使您能夠生成通常無法用其他技術(shù)完全實現(xiàn)的幾何圖形。心臟的例子表明，在這種復(fù)雜模型上工作的醫(yī)學(xué)專業(yè)人員會發(fā)現(xiàn)使用SLS制作的零件最有用——顯示了幾何體的大部分細(xì)節(jié)。此外，它不會留下任何瑕疵，確保其準(zhǔn)確性。經(jīng)過快速簡便的后處理后，可以在打印后立即獲得模型以供進(jìn)一步分析。借助Sinterit Lisa和新的印刷外圍設(shè)備系列，更容易獲得其他印刷技術(shù)范圍之外的高質(zhì)量、高保真、幾何形狀復(fù)雜的零件。
?