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 студии 3Dlab

3D-принтеры лаборатории

Технологии 3D-печати

Для создания вспомогательных медицинских продуктов 3D Lab применяет следующие технологии 3D-печати:

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

1. 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.

Пост-обработка 3д-модели черепа

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

2. Стереолитография (Stereolithography, SLA)

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

Используемый материал: 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.

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

Необходимости в шлифовке нет - еще до очистки от незасвеченного фотополимера модель имеет гладкую поверхность.

Стоматологические 3D-модели

Диагностические 3D-модели и шаблон с направляющими втулками.

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

Каппы, напечатанные на 3D-принтере

Основа хирургического шаблона.

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

Фиксатор для сломанной руки

Ортез 3DLab

Время производства ортеза: 1-2 дня

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

Материалы для 3D-печати

1. 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.

2. 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.

3. 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.

Расходные материалы - пластик

Катушки пластика в лаборатории 3DLab

Характеристики PLA-пластика:

Температура плавления 173-178°C
Температура размягчения 50°C
Твердость (по Роквеллу) R70-R90
Относительное удлинение при разрыве 3,8%
Прочность на изгиб 55,3 МПа
Прочность на разрыв 57,8 МПа
Модуль упругости при растяжении 3,3 ГПа
Модуль упругости при изгибе 2,3 ГПа
Температура стеклования 60-65°C
Плотность 1,23-1,25 г/см³
Минимальная толщина стенок 1 мм
Точность печати ± 0,1%
Размер мельчайших деталей 0,3 мм
Усадка при изготовлении изделий нет
Влагопоглощение 0,5-50%

Источник