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在實驗室中使用3D打印的四種創(chuàng)新方法!

魔猴君  行業(yè)資訊   2109天前

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3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展,為各行各業(yè)帶來了各種優(yōu)勢,比如減少成本,縮短制造周期等,正因如此,許多研究人員已經(jīng)開始利用它們,來制造從訂制的實驗設(shè)備到人體器官逼真模型等一切東西。

在實驗室中使用3D打印的四種創(chuàng)新方法!

靈活應(yīng)用3D打印制造部件
英國巴斯大學(xué)的物理學(xué)家Julian Stirling是團隊的成員,該團隊所設(shè)計的光學(xué)顯微鏡是由3D打印的塑料部件制成。該創(chuàng)意原理是在坦桑尼亞的田野里建造它們,并通過在血液中尋找寄生蟲,利用它們來診斷瘧疾。Julian Stirling說:“在坦桑尼亞,我們面臨的問題是缺乏機械學(xué)知識和用于修理科學(xué)設(shè)備的當(dāng)?shù)夭考?,而進(jìn)口部件既昂貴又費時。但是通過3D打印技術(shù)打印部件,當(dāng)?shù)氐尼t(yī)生和科研員便可以采用快速且廉價的方式修復(fù)他們的顯微鏡。坦桑尼亞當(dāng)?shù)氐囊患移髽I(yè)甚至利用電子垃圾和其他當(dāng)?shù)夭牧现圃炝薋DM打印機?!?br />

在實驗室中使用3D打印的四種創(chuàng)新方法!

包括Thingiverse和MyMiniFactory在內(nèi)的一些網(wǎng)站為科研員提供論壇,從而分享可打印部件的計算機模型。但根據(jù)Stirling的經(jīng)驗,這些網(wǎng)站上的模型通常是不完整的,缺乏特定項目的文檔或修改設(shè)計的關(guān)鍵文件。因此,他的團隊使用名為OpenSCAD的開放源代碼的編程語言從頭開始建造顯微鏡的構(gòu)建,并且可以使用3D打印技術(shù)打印顯微鏡。
實踐告訴Stirling,在實驗室使用3D打印機和在當(dāng)?shù)厥褂么嬖谥艽蟮牟町?。坦桑尼亞的氣候十分潮濕,因此?D打印塑料長絲通常比在可以控制氣候的實驗室中更難打印,這是因為濕度會影響塑料長絲,從而導(dǎo)致打印失敗的次數(shù)增多。除此之外,打印機斷電的情況并不少見,但是只有部分打印機在恢復(fù)供電后才能繼續(xù)打印半成品物體。Stirling和他的團隊在氣候問題上無能為力,但他們確實利用不間斷的電力供應(yīng),以確保他們的印刷工作能夠順利完成。
仿生學(xué)器官
紐約羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心泌尿外科醫(yī)生Ahmed Ghazi利用3D打印技術(shù),制造出非功能性人體器官。外科醫(yī)生可以利用這些器官進(jìn)行有機器人輔助的手術(shù)。對于相對復(fù)雜的手術(shù),比如切除腫瘤,3D打印技術(shù)的應(yīng)用因病人不同而大相徑庭。正如Ghazi所指出的,“腫瘤無教條可言?!?br /> Ghazi首先對病人的組織進(jìn)行3D計算機輔助斷層掃描,然后將數(shù)據(jù)輸入商業(yè)醫(yī)學(xué)建模軟件Mimics,該軟件產(chǎn)自比利時魯汶的Materialise,以及加州圣拉斐爾Autodesk的免費工具M(jìn)eshmixer,用于建造3D模型。然后,他利用FDM打印機將這些模型打印成中空的塑料模具,插入連接到假血液泵的血管復(fù)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(jié)構(gòu)非常真實。

在實驗室中使用3D打印的四種創(chuàng)新方法!

Ghazi和他的團隊每周都使用這些模型進(jìn)行4次手術(shù)實操。在每個案例中,他們建造了兩份模型,并選擇最精確的表現(xiàn)形式。他們正在訓(xùn)練其他醫(yī)生在心臟和肝臟手術(shù)等領(lǐng)域應(yīng)用這項技術(shù)。Ghazi 說道:“這些技術(shù)的發(fā)展前景會越來越好。”
但缺陷依然存在。Ghazi說道,F(xiàn)DM打印機生產(chǎn)的模具通常具有微小的棱紋和凹痕。這些缺陷通常太小,以致于肉眼沒有辦法看到,但通過機器人攝像頭卻能清楚地看到,這可能會影響外科醫(yī)生的體驗。Ghazi的解決方案是在模具內(nèi)部涂上一層室溫蠟,填充凹凸不平的地方,從而使最終產(chǎn)品變得平滑。
Stratays的J750也可以應(yīng)用多材料打印出具有仿生學(xué)特性的器官模型,幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)模擬或科研。
復(fù)制巖石模型
對于大??怂故斜边_(dá)科他州大學(xué)的石油工程師Mehdi Ostadhassan來說,3D打印成為了從巖石中優(yōu)化提取油氣的工具。Ostadhassan使用OpenSCAD和商業(yè)3D電腦輔助設(shè)計軟件AutoCAD(來自Autodesk)等程序,結(jié)合各種3D打印機和材料,打印“巖石”。這些巖石模型具有真實的物理性質(zhì),包括微小而細(xì)致的孔隙,Ostadhassan將它們置于物理壓力之下,以便更好地理解液體是如何在真實的等同物中流動。

在實驗室中使用3D打印的四種創(chuàng)新方法!

為了建造最真實的巖石,Ostadhassan使用了一系列的打印方法,包括粘結(jié)劑噴射技術(shù),將液體粘結(jié)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(xué)性質(zhì)。但未粘合的粉末也會卡在毛孔中,這會降低最終產(chǎn)品的質(zhì)量。在一些實驗中,Ostadhassan需要使用疏水處理,以獲取“潤濕性”。立體石版印刷機在打印具有細(xì)孔的巖石方面表現(xiàn)更佳,有助于研究流體流動特性,但它們所生成的模型不如粘結(jié)劑噴印巖石那般牢固。
正因如此,Ostadhassan正與其他研究人員合作開發(fā)訂制的打印機,這種打印機不僅可以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模型。
金屬材料
中國深圳科學(xué)應(yīng)用3D打印機制造商UniMaker的首席執(zhí)行官Yang Yang表示:“3D打印所用的材料非常有限?!盰ang說道,另一個新興的領(lǐng)域就是金屬。具有金屬功能的打印機使用一束電子或一束激光,將金屬粉末熔化成特定的圖案。來自珀斯西澳大利亞大學(xué)物理學(xué)家Jeremy Bourhill研究暗物質(zhì),但他現(xiàn)在正在研究使用基于激光手段的3D金屬打印機來構(gòu)建超導(dǎo)鈮網(wǎng)格。這可以用來阻擋干擾暗物質(zhì)探測的強磁場。

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使用傳統(tǒng)的機械加工來制造這種金屬網(wǎng),需要有毒的潤滑劑,并會浪費大量昂貴的鈮。因此,Bourhill的團隊正在使用高能激光將金屬粉末的橫截面熔化在一起。但由于鈮非常堅固且熔點是2500°C,因此,這個過程需要大量的電力。
曾幾何時,像Bourhill這樣的研究人員的選擇是有限的。但隨著3D打印機越來越普及,研究人員的選擇也越來越多。工程師說道:“3D打印正在實現(xiàn)個性化制造,取代集中式制造。”

來源:中國3D打印網(wǎng)

文章來源:(3D打印技術(shù)參考)
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