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來自洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的三位研究人員使用斷層攝影，體積3D打印方法，以克服因使用鑄造和3D打印制造患者定制的軟醫(yī)療而影響流程鏈和患者護理的限制設(shè)備。該小組發(fā)表了一篇題為“通過斷層背投影的彈性體體積3D打印”的論文，詳細介紹了他們的方法。他們基于層析成像的體積方法比傳統(tǒng)的增材制造快得多，他們能夠在不到30秒的時間內(nèi)打印復(fù)雜的部件，如助聽器外殼和肺動脈微型模型。

（a）小鼠肺動脈模型3D打印32.5秒。 （b）Micro-CT掃描3D打印部件的橫截面;藍色顯示堅固的墻壁。

大多數(shù)增材制造方法，如熔融沉積建模，選擇性激光熔化或立體光刻，一次創(chuàng)建一層對象。這種類型的工藝對可以印刷的形狀和材料施加了限制。例如，懸垂結(jié)構(gòu)在印刷期間需要額外的支撐，并且柔軟或彈性材料難以印刷，因為它們隨著添加新層而變形。雖然可以使用鑄造來制造某些彈性部件，但是設(shè)計自由度受到限制，因為腔或管難以脫模。而使用基于斷層攝影的體積3D打印方法，其中可光聚合樹脂的整個體積同時固化。研究人員展示了使用丙烯酸酯和有機硅的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速（<30s）印刷。“

體積添加劑制造的概念

計算機斷層掃描（CT）掃描實際上啟發(fā)了斷層掃描3D打印。斷層算法用于處理患者對象的射線照相投影，從而可以重建被掃描對象的橫截面圖像。這些圖像表示吸收的X射線劑量如何在物體內(nèi)部分布。基本上，斷層3D打印的過程可以在光聚合物體積內(nèi)創(chuàng)建固體物體。

為了計算累積和等于最佳劑量分布的一組投影，必須將一個Ram-Lak濾波器或斜坡濾波器應(yīng)用于Radon投影，以便產(chǎn)生濾波后投影，然后濾波器“補償由于投影引起的固有模糊效應(yīng)”。“六個405nm激光二極管，標稱功率為6.4W，被準直并組合成一個具有緊密間隔鏡子的光束。”研究人員介紹他們的光學(xué)裝置。一旦組合光束耦合到方芯光纖中，光纖的輸出就被放大并通過非球面透鏡和一組正交柱面透鏡投射到數(shù)字微鏡器件上，這些透鏡具有不同的焦距，有助于將光束調(diào)整到DMD的矩形區(qū)域。

“為了優(yōu)化反射效率，我們設(shè)置中的DMD固定在旋轉(zhuǎn)支架上，使得設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸對應(yīng)于微鏡的對角傾斜軸。然后，我們簡單地旋轉(zhuǎn)DMD，直到主反射次序的功率最大化，“研究人員解釋說。 “在我們的情況下，旋轉(zhuǎn)角度約為7°，但一般來說，它取決于激光的精確波長，DMD的像素間距和微鏡的傾斜角度。”該團隊使用4f系統(tǒng)將DMD表面成像為一個容納光聚合物的圓柱形玻璃小瓶。孔徑阻擋不需要的衍射級，而靠近小瓶的凹圓柱形透鏡可校正任何失真。然后，當DMD中的所有像素都處于“ON”狀態(tài)時，光束的功率大約為1.6瓦。

有一點需要注意：團隊的斷層體積3D打印方法需要光圖案在構(gòu)建體積的整個直徑上傳播。研究人員認為，這將“限制用于斷層體積印刷的可打印物體的尺寸，因為大物體所需的低光引發(fā)劑量將導(dǎo)致聚合物轉(zhuǎn)化率差和印刷部件的機械性能差。”“換句話說，用于容量增材制造的合適樹脂應(yīng)該具有強反應(yīng)性和低吸收性，這與逐層打印機的要求相比較，在這些打印機中，需要強大的反應(yīng)性和樹脂的強吸收性才能獲得良好的樹脂 。“研究人員解釋說。

因為他們的方法在3D打印過程中不需要物體移動，所以基于諸如硅樹脂的材料的粘性樹脂配方實際上可以用于產(chǎn)生復(fù)雜的脈管系統(tǒng)圖案。