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支撑结构是制造还是破坏这些3D打印心脏?

这个情人节，我们将把重点转向心脏、医药和增材制造的作用必威手机注册

阿德莉娅娜卡尼亚 2021年2月14日

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3D打印已经引起了人们的兴趣医疗行业自从这项技术诞生以来，它已经被应用于各种各样的领域——从外科手术指南、解剖模型到植入物和工具。最近，这项技术变得特别重要，在当地医务人员急需时提供支持。特别是选择性激光烧结(SLS)，已经成为医疗AM领域的重要工具，以工具和视觉辅助的形式支持复杂的手术和程序。

而SLS 3D打印有许多优点——包括材料的选择打印准确性——它提供的最大好处之一是支持免费打印。使用其他3D打印方法，如FDM和SLA，生成额外的结构来支持打印时的部件几何形状。这些支撑结构必须使用机械或化学工艺拆除，这增加了整体生产的大量时间，并可能影响零件质量。

相比之下，在SLS中，支持每个构建层的是粉末，这使得生成具有各种几何形状和小细节的复杂模型成为可能。这种能力在医疗行业尤其有用，因为医疗行业需要基于断层扫描和其他专门成像方法的高度复杂的解剖模型。

有什么技术适合打印医学模型?

3D打印最著名的优势之一是它能够打印难以置信的复杂几何图形——不是受技术环境的限制，而是受想象力的限制。但是，印刷技术因材料、系统、设计方法和分层方式的不同而存在很大差异。考虑到这一点，每个应用和三维模型都应该单独考虑，从表面要求、尺寸公差和力学性能方面进行分析。

在决定3D模型使用何种技术时，一个至关重要的因素是，它是否需要支撑结构，以及移除过程是否会妨碍部件的美学特性或功能。许多医学模型具有复杂的解剖结构和内部特征。在这些情况下，3D打印技术的选择可以决定应用的成败。通过比较使用各种技术3D打印的心脏解剖模型，我们将演示支持对最终模型的质量和可用性有多大的影响。

左起:树脂(SLA)、ABS (FDM)、PLA (FDM)、PA12 (SLS)心脏模型

SLA、FDM和SLS中支撑结构对零件几何形状的影响

上图是四个由树脂(SLA)、ABS (FDM)、PLA (FDM)和PA12 (SLS)制成的3D打印心脏模型。在FDM模型中，支持结构(在切片器中自动生成)非常密集，而且由于模型的几何形状，支持结构非常多。即使是易于去除的可溶性支撑结构，也会干扰零件表面，留下痕迹。此外，由于尺寸小，侧面的一些细节没有正确打印，打印层清晰可见，模糊了模型中可能出于医学原因而很重要的细节。最后，使用后处理平滑打印层可能导致细节和部分定义的丢失。

看看SLA 3D打印心脏模型，元素的表面和映射都要整洁得多。然而，有些支撑结构太大了，在不破坏模型的情况下移除是不可能的——尤其是在小的突出元素周围。从心脏模型中移除SLA支持会导致在不冒损害风险的情况下很难到达的区域出现标记和痕迹。

相比之下，SLS 3D打印模型是作为一个整体打印的，不需要任何支撑结构。这要归功于粉末床，它在烧结时支持模型的几何形状。随后，在喷砂机中从零件中除去支撑粉。总的来说，SLS过程创建了一个比FDM和树脂模型更详细的模型。

后处理

除了可能影响打印模型的质量外，移除支撑结构还需要时间。在ABS和PLA心脏模型的例子中，一些支架很容易被移除，而另一些则更具有挑战性，即使是花费了大量的努力和使用专门的工具。相比之下，SLA模型的后处理相当简单:模型表面与基础之间狭窄空间中的结构必须被切断。尽管如此，在不破坏复杂模型的情况下移除支撑物是很耗时的，而且在最后支撑物的痕迹仍然存在。这不是SLS模型的问题:模型中的剩余粉末被简单地移除和收集。从那里，它可以更新(即与新的粉末混合)和重复使用，使后处理容易和最小的浪费。

表面质量

看一下最终心脏模型的表面质量，我们将重点放在SLS和SLA模型上。(本节不包括FDM模型:虽然该技术可以创建表面质量优良的模型，但对于如此复杂的零件，这是无法实现的。)与FDM不同，SLS和SLA技术自然具有较低的层可见性。然而，仔细观察心脏模型，我们可以看到SLS模型的定义更详细。树脂模型非常光滑，许多细节与支撑结构融合。

SLS模型总体上提供了最好的表面效果:心脏不受任何表面痕迹或支持结构的影响，也没有任何机械干预的痕迹。至关重要的是，零件的内部几何形状也是高质量的。

在医学应用中，无论是调查还是手术准备，内腔的表面质量与外部特征一样重要。在显微镜下观察模型，FDM部分的表面有很大的圆形层(事实上，没有显微镜也可以看到)。SLA过程使用非常薄的平面层，这导致一个光滑的表面完成。最后，SLS处理的结果是粗糙的表面没有可识别的层。SLS零件肉眼看是哑光、光滑、无层次感的。