在實驗室中使用3D打印的四種創新方法！
魔猴君 行業資訊 2104天前
3D打印技術的不斷發展，為各行各業帶來了各種優勢，比如減少成本，縮短制造周期等，正因如此，許多研究人員已經開始利用它們，來制造從訂制的實驗設備到人體器官逼真模型等一切東西。
靈活應用3D打印制造部件
英國巴斯大學的物理學家Julian Stirling是團隊的成員，該團隊所設計的光學顯微鏡是由3D打印的塑料部件制成。該創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知識和用于修理科學設備的當地部件，而進口部件既昂貴又費時。但是通過3D打印技術打印部件，當地的醫生和科研員便可以采用快速且廉價的方式修復他們的顯微鏡。坦桑尼亞當地的一家企業甚至利用電子垃圾和其他當地材料制造了FDM打印機。”
包括Thingiverse和MyMiniFactory在內的一些網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Stirling的經驗，這些網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計的關鍵文件。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建，并且可以使用3D打印技術打印顯微鏡。
實踐告訴Stirling，在實驗室使用3D打印機和在當地使用存在著很大的差異。坦桑尼亞的氣候十分潮濕，因此，3D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，從而導致打印失敗的次數增多。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供電后才能繼續打印半成品物體。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，以確保他們的印刷工作能夠順利完成。
仿生學器官
紐約羅切斯特大學醫學中心泌尿外科醫生Ahmed Ghazi利用3D打印技術，制造出非功能性人體器官。外科醫生可以利用這些器官進行有機器人輔助的手術。對于相對復雜的手術，比如切除腫瘤，3D打印技術的應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。”
Ghazi首先對病人的組織進行3D計算機輔助斷層掃描，然后將數據輸入商業醫學建模軟件Mimics，該軟件產自比利時魯汶的Materialise，以及加州圣拉斐爾Autodesk的免費工具Meshmixer，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，形成的結構非常真實。
Ghazi和他的團隊每周都使用這些模型進行4次手術實操。在每個案例中，他們建造了兩份模型，并選擇最精確的表現形式。他們正在訓練其他醫生在心臟和肝臟手術等領域應用這項技術。Ghazi 說道：“這些技術的發展前景會越來越好。”
但缺陷依然存在。Ghazi說道，FDM打印機生產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生的體驗。Ghazi的解決方案是在模具內部涂上一層室溫蠟，填充凹凸不平的地方，從而使最終產品變得平滑。
Stratays的J750也可以應用多材料打印出具有仿生學特性的器官模型，幫助醫生進行手術模擬或科研。
復制巖石模型
對于大福克斯市北達科他州大學的石油工程師Mehdi Ostadhassan來說，3D打印成為了從巖石中優化提取油氣的工具。Ostadhassan使用OpenSCAD和商業3D電腦輔助設計軟件AutoCAD(來自Autodesk)等程序，結合各種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，包括微小而細致的孔隙，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。
為了建造最真實的巖石，Ostadhassan使用了一系列的打印方法，包括粘結劑噴射技術，將液體粘結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性質。但未粘合的粉末也會卡在毛孔中，這會降低最終產品的質量。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孔的巖石方面表現更佳，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
中國深圳科學應用3D打印機制造商UniMaker的首席執行官Yang Yang表示：“3D打印所用的材料非常有限。”Yang說道，另一個新興的領域就是金屬。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物理學家Jeremy Bourhill研究暗物質，但他現在正在研究使用基于激光手段的3D金屬打印機來構建超導鈮網格。這可以用來阻擋干擾暗物質探測的強磁場。
使用傳統的機械加工來制造這種金屬網，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打印正在實現個性化制造，取代集中式制造。”
英國巴斯大學的物理學家Julian Stirling是團隊的成員，該團隊所設計的光學顯微鏡是由3D打印的塑料部件制成。該創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知識和用于修理科學設備的當地部件，而進口部件既昂貴又費時。但是通過3D打印技術打印部件，當地的醫生和科研員便可以采用快速且廉價的方式修復他們的顯微鏡。坦桑尼亞當地的一家企業甚至利用電子垃圾和其他當地材料制造了FDM打印機。”
實踐告訴Stirling，在實驗室使用3D打印機和在當地使用存在著很大的差異。坦桑尼亞的氣候十分潮濕，因此，3D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，從而導致打印失敗的次數增多。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供電后才能繼續打印半成品物體。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，以確保他們的印刷工作能夠順利完成。
仿生學器官
紐約羅切斯特大學醫學中心泌尿外科醫生Ahmed Ghazi利用3D打印技術，制造出非功能性人體器官。外科醫生可以利用這些器官進行有機器人輔助的手術。對于相對復雜的手術，比如切除腫瘤，3D打印技術的應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。”
Ghazi首先對病人的組織進行3D計算機輔助斷層掃描，然后將數據輸入商業醫學建模軟件Mimics，該軟件產自比利時魯汶的Materialise，以及加州圣拉斐爾Autodesk的免費工具Meshmixer，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，形成的結構非常真實。
但缺陷依然存在。Ghazi說道，FDM打印機生產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生的體驗。Ghazi的解決方案是在模具內部涂上一層室溫蠟，填充凹凸不平的地方，從而使最終產品變得平滑。
Stratays的J750也可以應用多材料打印出具有仿生學特性的器官模型，幫助醫生進行手術模擬或科研。
復制巖石模型
對于大福克斯市北達科他州大學的石油工程師Mehdi Ostadhassan來說，3D打印成為了從巖石中優化提取油氣的工具。Ostadhassan使用OpenSCAD和商業3D電腦輔助設計軟件AutoCAD(來自Autodesk)等程序，結合各種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，包括微小而細致的孔隙，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。
正因如此，Ostadhassan正與其他研究人員合作開發訂制的打印機，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
中國深圳科學應用3D打印機制造商UniMaker的首席執行官Yang Yang表示：“3D打印所用的材料非常有限。”Yang說道，另一個新興的領域就是金屬。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物理學家Jeremy Bourhill研究暗物質，但他現在正在研究使用基于激光手段的3D金屬打印機來構建超導鈮網格。這可以用來阻擋干擾暗物質探測的強磁場。
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打印正在實現個性化制造，取代集中式制造。”
來源：中國3D打印網
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