Оборудование для 3D-печати

При подборе оборудования и материалов для 3D-печати в первую очередь мы учитывали потребности медицинских работников и специфику применения 3D-изделий для хирургической стоматологии и черепно-челюстно-лицевой хирургии.

Критерии выбора

• Качество печати: точность, разрешение до 25 микрон
• Прочность, ударо- и износостойкость готовой модели
• Сохранение структуры и геометрии готовой модели на протяжении продолжительного времени (6-9 месяцев)
• Нетоксичность, безвредность используемых материалов
• Возможность печати сложных по геометрии деталей объемом от 10 см³ и деталей, достигающих габаритов 400х400х600мм

3D-принтеры лаборатории

Технологии 3D-печати

Для создания индивидуальных изделий для медицины 3D Lab применяет следующие технологии 3D-печати:

1. Стереолитография (Stereolitography, SLA)
2. Моделирование методом наплавления (Fused deposition modeling, FDM)
3. Цветная струйная печать (Color Jet Printing, CJP)

1. Стереолитография (Stereolithography, SLA)

Печать моделей методом стереолитографии происходит за счет послойного засвечивания и полимеризации жидкого материала - фотополимерной смолы - под воздействием ультрафиолетового лазера.

Используемый материал: фотополимерная смола, биосовместимая фотополимерная смола

1 этап - подготовка к печати. Жидкий фотополимер поступает в специальную ванночку; устанавливается устройство для перемешивания смолы, происходит нагрев материала.

2 этап - платформа, на которой послойно формируется модель, опускается в ванночку с материалом на глубину от 0,050 мм до 0, 025 мм. Снизу, через прозрачное дно емкости, лазер засвечивает первый слой по заданным цифровым контурам модели. 1 слой прилипает к подвижной платформе, и она поднимает его вверх.

3 этап - платформа вновь опускается в емкость с материалом. Лазер засвечивает новый слой, и платформа вытягивает его вверх. В той же последовательности идет печать остальных слоев, пока платформа 3D-принтера полностью не поднимет готовую модель вверх.

Готовая 3D-модель на платформе принтера, первичная обработка изделия.

4 этап - обработка: модель промывают в два этапа в техническом спирте, удаляют поддерживающие конструкции.

Необходимости в шлифовке моделей, напечатанных без поддержки (на фотографии) нет - модель имеет гладкую поверхность.

Диагностические 3D-модели без поддержек и шаблон с направляющими втулками.

Модели и хирургические шаблоны печатаются с поддержками и после печати подлежат обязательной шлифовке.

Шлифовка основы хирургического шаблона.

Что печатает студия 3DLab с помощью лазерной стереолитографии?

Технология позволяет создавать 3D-модели с высоким уровнем детализации и гладкой поверхностью для челюстно-лицевой хирургии и хирургические шаблоны для стоматологии. Подробнее

Основа хирургического шаблона.

2. Метод наплавления нити (Fused deposition modeling, FDM)

В данной технологии модель производится нанесением микрокапель расплавленного термопластика и формированием последовательных слоев.

Используемый материал: PLA-пластик представляет собой нетоксичный, биоразлагаемый и биосовместимый термопластик.

Пластиковая нить разматывается с катушки и попадает в печатающую головку, где материал плавится под воздействием нагревательного элемента. Затем капли нагретого пластика высвобождаются из печатающей головки по мере движения, выстраивая объект тонкими слоями.

Пост-обработка изделия: по желанию - шлифовка готовой детали для придания дополнительной гладкости и окрашивание изделия.

Что печатает студия 3DLab с помощью FDM технологии?

С помощью FDM-технологии студия 3DLab изготавливает ортезы для верхних конечностей человека по индивидуальным анатомическим параметрам, анатомически точные модели костей скелета, а также двухцветные реалистичные учебные модели. Подробнее

Ортез 3DLab

Время производства ортеза: 1-2 дня

Свойства готового изделия: гладкая поверхность, прочность, удароустойчивость, способность сохранять форму от нескольких месяцев до нескольких лет.

3. Цветная струйная 3D-печать (Color Jet Printing, CJP)

В основе данной технология 3D-печати лежит послойное склеивание композитного порошка на основе гипса или пластика.

Используемый материал: композитный порошок на основе известняка

В видео показан принцип работы 3D-принтера по созданию модели нижней челюсти по технологии CJP.

Видео: Процесс печати нижней челюсти на 3D-принтере

1 этап - подготовка к печати. Порошковый материал равномерно тонким слоем распределяется по плоскости платформы камеры построения 3D-объекта.

2 этап работы 3D-принтера - на слой порошкового материала наносится связующее вещество, склеивая частицы материала между собой согласно компьютерной 3D-модели.

После нанесения клея платформа смещается вниз, и процесс повторяется: печатающая головка снова начинает запрограммированное движение, наносит связующее вещество на новый слой порошка. Так принтер слой за слоем создает модель.

3 этап - извлечение модели из области печати 3D-принтера.

Неизрасходованные материалы выступают как опора для последующих слоев и позволяют создавать объекты высокой геометрической сложности. Для извлечения готовой модели из области печати этот “лишний” порошок убирают, как показано в видео.

4 этап - очистка модели. Когда модель извлекли из 3D-принтера, работы по очистке и закреплению модели ведут в камере пост-обработки. Остатки лишнего порошка сдувают компрессором.

5 этап - обработка модели. Деталь закрепляют специальным клеевым составом и оставляют сохнуть.

3D-модель черепа на этапе пост-обработки.

Что печатает студия 3DLab с помощью CJP технологии?

Данная технология позволяет быстро создавать сложнейшие, анатомически точные 3D-модели костей черепа с мельчайшими перегородками для хирургического планирования, практики и изготовления индивидуальных реконструктивных пластин. На печать нижней челюсти уходит около 2 часов, глазницы - 1,5 часа. Подробнее

Материалы для 3D-печати

1. Фотополимерная смола

Описание: фотополимер - вещество, которое изменяет свойства под воздействием света. Жидкие смолы чувствительны к ультрафиолету, поэтому при попадании под УФ-излучение электромагнитного диапазона приобретают прочность и затвердевают. Фотополимерные смолы для медицинских нужд – прозрачные или имеют разные оттенки бежевого, розового цветов. Для изделий, применяемых в непосредственном контакте с тканями пациента применяют специализированные биосовместимые смолы.

2. PLA-пластик

Описание: Экологичный и безопасный для здоровья человека материал. PLA пластик синтезируется из кукурузы, картофеля или сахарного тростника. Полилактид растительного происхождения вязкий и стойкий к ударам и изменениям температуры. Позволяет печатать 3D-изделия с высокой детализацией.

Напечатанная из PLA-пластика модель не меняет размеры, имеет гладкую поверхность.

Катушки пластика в лаборатории 3DLab

Характеристики PLA-пластика:

3. Композитный материал на основе известняка

Описание: высококачественный композитный порошок на основе известняка. Влагоустойчивый, цвет: белый, позволяет печатать с толщиной слоя 0,05 мм. Мелкодисперсность крошки обеспечивает точность печати и меньший уровень “зернистости” готовой модели.