מדוע היעדר תמיכות כל כך חשוב בהדפסות תלת מימד רפואיות
שמענו רבות על הדפסת תלת מימד ברפואה מאז יציאת הטכנולוגיה וכעת לאחר מגיפה עולמית, הטכנולוגיה תמכה לעתים קרובות בחובשים מקומיים הזקוקים לה. בהיסטוריה שלה, הדפסת SLS תמכה בניתוחים קשים, בין אם בצורת כלים או עזרים חזותיים להכנת מנתחים לניתוחים רציניים.
לטכנולוגיית SLS יתרונות רבים, היא משתמשת בחומרים בעלי תכונות המתאימות לתעשיות רבות.
היתרון החשוב ביותר על פני שיטות אחרות של הדפסה תלת מימדית הוא היעדר מבנים נוספים שנוצרו שיש להסיר באופן מכני או כימי (שבירה / ניתוק / המסה).
הודות לאבקה התומכת בכל שכבה, ניתן לייצר את הדגמים המורכבים ביותר עם מבנים שונים ופרטים קטנים.
הדפסים מהתעשייה הרפואית שייכים לרוב לסוג זה של אלמנטים – במיוחד אלו מטומוגרפיה או שיטות הדמיה אחרות.
האם טכנולוגיה כלשהי מתאימה להדפסת דגמים רפואיים?
אחד היתרונות המוזכרים לעתים קרובות בהדפסת תלת מימד הוא היכולת להדפיס דגמים עם מורכבות גיאומטרית גבוהה ביותר, מוגבלת רק על ידי דמיון.
טכנולוגיות ההדפסה לעומת זאת, שונות מאוד זו מזו ומגבלותיהן – זאת בשל החומרים והמכשירים המשמשים בעיצובים שונים ושיטת הריבוד של החומר (באופן מצטבר – בניגוד לשיטות חיסור).
לכן, יש לשקול כל יישום ומודל גיאומטרי בתלת מימד בנפרד, לנתח במונחים של דרישות פני השטח, סובלנות ממדי או תכונות מכניות.
דבר חשוב שאסור לשכוח אם המודל מצריך מבני תמיכה – שבהם עיבוד שלאחר עלול לפגוע לא רק בהיבטים אסתטיים אלא גם פונקציונליים.
יישומים רפואיים רבים דורשים מבנים אורגניים מורכבים עם חללים ותאים פנימיים.
באמצעות הדוגמה של הדפסי לב בטכנולוגיות שונות, נציג כמה חשוב שדגמים כאלה ישמיטו מבנים תומכים על מנת לשמור על איכות ושימושיות מתאימות.
השפעת מבנים תומכים על הגיאומטריה של הדפסה בטכנולוגיות SLA, FDM ו-SLS
בתמונה ה-2 ניתן לראות את ההדפסים (משמאל): עשויים מרזין (SLA), ABS (FDM), PLA (FDM) ו-PA12 (SLS).
במקרה של טכנולוגיית FDM מבני התמיכה (לרוב נוצרים אוטומטית ב-slicer) צפופים למדי ובשל הגיאומטריה של הדגם מספרם משמעותי.
למרבה הצער, בסוג זה של גיאומטריה, עם טכנולוגיה זו לא נוכל להשיג את האפקט הרצוי.
גם כאשר משתמשים במבני תמיכה מומסים – הם מפריעים למשטח, מה שישאיר מאחור חפצים על המבנה.
כמו כן, במקרה של הלב חלק מהאלמנטים או הדפנות לא הודפסו כראוי בגלל מידותיהם הקטנות.
השכבות נראות בבירור, הן מסתירות אלמנטים קטנים של הדגם שעשויים להיות חשובים מסיבות רפואיות.
יתר על כן, השימוש בעיבוד להחלקת המשטח עלול לגרום לאובדן פרטים בהדפסה.
בטכנולוגיית SLA, גם פני השטח וגם המיפוי של אלמנטים טובים בהרבה.
עם זאת, המבנים התומכים הם במקרים מסוימים כה גדולים עד שאי אפשר להסיר אותם מבלי לפגוע בדגם (במיוחד עם אלמנטים בולטים קטנים).
בנוסף, הסרת מבני תמיכה הותירה חלקים במקומות שקשה מאוד להגיע אליהם בכלים שעלולים לפגוע בדגם השביר.
בטכנולוגיית SLS, כמובן, המבנים המודפסים הנוספים הללו אינם קיימים, שכן האבקה שהייתה תמיכת הדגם הוסרה בהתזת החול לאחר ההדפסה.
זה אפשר הרבה יותר פרטים מאשר במקרה של דגם השרף.
לאחר העיבוד
הסרת התמיכות כרוכה בזמן נוסף בהכנת דגמים.
במקרה של דגמי ABS ו-PLA זה יכול לקחת הרבה זמן, במיוחד אם פני הדגם מחוספסים והתמיכה לא יורדת בקלות.
כך היה בשני דגמי הלבבות.
בחלק מהמקומות של הדגם ניתן היה להסיר בקלות את התמיכה, בעוד שבאחרים זה היה בלתי אפשרי למרות הכוח הרב שהופעל.
במקרה של דגם הרזין, העיבוד היה די פשוט – היה צורך לחתוך את המבנים בהיצרות בין משטח הדגם למבנה.
עם זאת, כדי לא לפגוע במודל מורכב כל כך, זה דרש הרבה זמן והשאיר חלקים ללא קשר.
במקרה של דגם SLS, למרבה המזל, אין לנו פסולת – ניתן לרענן את שאריות האבקה מתהליך ההדפסה (או במקרים מסוימים, אפילו לא חייב) ולעשות שימוש חוזר.
פני שטח
איכות פני השטח הטובה ביותר מושגת על ידי טכנולוגיית SLS ו-SLA, במקרה זה נשלול את טכנולוגיית FDM, שיכולה ליצור גם דגמים עם משטח מעולה ונראות נמוכה של שכבות, אך לא עם דגמים מורכבים כל כך.
לא ניתן להגיע לגימור משטח באיכות גבוהה על כל החלק.
טכנולוגיות SLS ו-SLA דומות מאוד בכל הנוגע לנראות הנמוכה של השכבות, אך במקרה של הלב, בהחלט נראים פרטים חדים יותר ופרטי פני שטח גדולים יותר.
נראה כי דגמי הרזין מוחלקים במידה רבה.
רבים מהפרטים הזעירים בדגם הרזין התמזגו למבני התמיכה, והותירו מאחור רק חפצי משטח.
המשטחים הפנימיים שהושגו על ידי SLS עדיפים במקצת על SLA – ללא חפצים, ללא מבנים נוספים, ללא התערבות מכנית.
ביישומים רפואיים, גם לחקירה וגם להכנה לניתוח, איכות פני השטח של החללים הפנימיים היא קריטית בדיוק כמו המאפיינים החיצוניים.
במבט מיקרוסקופי, ל-FDM יש שכבות מעוגלות גדולות הנראות על פני השטח – אפילו ללא מיקרוסקופ.
טכנולוגיות רזין יכולות להשתמש בשכבות דקות מאוד – הן גם שטוחות מה שגורם להן להיראות חלקות.
במקרה של FDM, פני השטח מחוספסים, והשכבות אינן נראות מתחת למיקרוסקופ.
דיוק
בשל נוכחותם של שאריות ממבני התמיכה, חלק מהצורות הגיאומטריות לא יכלו לקבל את הדיוק המתאים.
בחלק מהחללים, היה יותר מדי חומר נוסף שאפילו לא ניתן למדוד.
במקרה של מודלים מורכבים כמו דוגמה של הלב, יש צורך בכלים מיוחדים ומדויקים רבים כדי להסיר מבנים כאלה.
גם במקרה של דגם הרזין הסתבר שבעומק הדגם תהליך אשפרת החומר לא הסתיים לחלוטין, מה שגרם לגיאומטריה לטשטוש.
במקרה של מדידות דיוק, טכנולוגיית ה-SLS מרוויחה מאוד בגלל חוסר התמיכה – המדידות ברוב המקרים היו בטווח של +/- 0.1 מ"מ, מה שיכול להיחשב כדיוק גבוה (תקן הייצור לפי 3D Hubs בטכנולוגיית SLS הוא +/- 0.3 מ"מ).
תקנים מאת https://www.3dhubs.com/manufacturing-standards/
** סטיית צבעים : ירוק – עד 0.1 מ"מ, צהוב – 0.1 – 1.0 מ"מ, אדום – מעל 1 מ"מ.
SLS כפתרון מושלם לדגמים רפואיים-אורגניים
SLS היא טכנולוגיה המאפשרת לך לייצר גיאומטריות שלעתים קרובות בלתי אפשרי למימוש מלא בטכנולוגיות אחרות.
הדוגמה של הלב מראה שאנשי מקצוע רפואיים שעובדים על מודלים מורכבים כאלה ימצאו את החלק שנעשה באמצעות SLS הכי שימושי – מציג את מירב הפרטים של הגיאומטריה.
בנוסף, הוא לא משאיר שאריות מאחור, מה שמבטיח את הדיוק שלו.
לאחר עיבוד מהיר וקל, ניתן להכין דגם להמשך ניתוח מיד לאחר ההדפסה.
עם Sinterit Lisa והמגוון החדש של ציוד היקפי להדפסה, קל יותר להשיג חלקים באיכות גבוהה ובנאמנות גבוהה עם גיאומטריות מורכבות מחוץ לתחום של טכנולוגיות הדפסה אחרות.
