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超声波3D打印

植入人体完成手术

传统的手术方式往往需要进行开刀,不仅会对患者造成创伤,且恢复时间长。为了实现微创手术,科学家们一直在寻找新的技术。近日,一项名为深层穿透声学体积打印(DAVP)的超声波3D打印技术问世,有望实现将植入物以液态形式注射入体内,然后在需要的位置凝固成型,从而显著降低手术侵入性。

目前最常见的3D打印技术是通过逐层沉积粘性材料并使其固化来构建三维物体。另一种名为体积打印的技术则是在容器中加入光敏树脂,然后通过光照的方式使其凝固成型。然而,这些技术都存在局限性,例如光无法穿透皮肤和生物组织,限制了其在体内应用。


为了克服这些限制,杜克大学和哈佛医学院的科学家们发明了DAVP技术。这种技术使用一种名为声波墨水的生物相容性“墨水”,当声波墨水吸收超声波脉冲时会加热并凝固。理论上,将声波墨水注射到需要植入物的位置,然后使用外部探头发射超声波,就可以将声波墨水凝固成所需的形状,剩余的声波墨水则可以用注射器取出。

DAVP技术的优势在于首先是非侵入性,可以直接在体内打印植入物,无需开刀手术,大大减少了手术创伤。此外还具有可定制性,可以根据患者的具体情况设计和打印个性化的植入物。最后是多功能性,可以打印不同类型的植入物,例如骨骼、软骨、血管等。研究人员已经使用 DAVP 技术成功地进行了多项实验,包括封堵山羊心脏的切口、修复鸡腿骨骼缺陷以及在肝脏组织内打印化疗药物配药水凝胶。


生物3D打印

帮助患者神经再生

不久之前,日本京都大学附属医院宣布,研究人员使用“生物3D打印机”成功帮助3名手指神经受损的患者实现了神经再生。在临床试验中,研究人员将由3D打印机打印的“神经导管”移植到患处后,3人均恢复了知觉,据说已经重返工作岗位。

研究团队此次使用的3D打印机由一家再生医学领域的初创企业研发。3名年龄段在20到59岁的工人因在工作中受伤导致手指神经受损,研究人员从其腹部提取皮肤细胞进行了为期两个月的培养,打印出直径2毫米的神经导管并移植到患处。经过一年的术后观察,3人均已恢复手部知觉并重返工作岗位,据说目前尚未发现有任何副作用或并发症。


当前主流的治疗方法都是从患者自己的身体上提取健康的神经再移植到患处,但提取神经的部位会留下慢性疼痛,这一课题尚未解决。研究团队成员表示:“作为一种帮助末梢神经受损患者减轻病痛的治疗方法,希望能够帮助他们回归社会。”

不仅如此,北海道大学助理教授森田亮等人研发出了一种使用3D打印机打印人体血管模型的技术。该技术可以因人而异、轻松制造出符合每位患者自身特征的复杂血管模型,方便医生在手术前使用该模型进行练习,从而提高手术精度、缩短手术时间。研究团队使用了一种一经光线照射就会凝固的树脂材料,通过与猪的动脉血管进行比照,成功打印出血管模型。在对树脂种类和凝固时间进行调整后再现了更接近于人体血管的柔软度。此外模型血管内侧还覆盖了一层硅膜,以便重现人体血管的光滑内壁。

回收废旧金属

粉末端3D打印创新

2023年12月,美国国防部向总部位于宾夕法尼亚州的增材制造以及金属粉末制造商资助2340万美元,扩大将金属废料升级改造为增材制造原料的能力,回收废金属再制造的3D打印粉末具有低成本的特点。作为一家采用可持续来源生产增材制造粉末的全球生产商,它们利用UniMelt微波等离子体工艺进行大规模生产,将废金属转化为金属增材制造原料,极大降低金属3D打印粉末的成本。


纵观目前国际增材制造粉末市场,预计到2023年将超过10亿美元,其中钛约占该市场的三分之一,钛材的回收利用或成一个选项。再生粉末已在航空航天、美国军方、汽车、医疗等领域获得广泛关注和应用。1)船舶:2023年2月,美国海军授权采用回收再制造钛合金粉末为舰船3D打印制造泵组件。2)汽车:2023年6月,I福特高性能部门使用100%回收钛金属生产钛部件。3)医疗:澳大利亚使用钛粉末打印的植入物。另外,除了回收废金属以外,机加工余料、多次循环的粉末、支撑结构、次品等循环利用也将是新的方式。

回收金属粉末3D打印

安全因素还是首要问题

无论铝合金还是其他金属粉末,从实际制造角度来说,金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源(或物质)进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末,粒径分布通常为几十微米,可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属,风险尤其大,必须受到粉尘浓度的特定限制;其他金属粉末,如钢或其他含镍合金,则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。

不仅如此,在组件的打印过程中危险同样存在,熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统,仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间,从而造成室内环境的污染。随同废气的排出,一部分惰性气体如氮气尤其是氩气,也是风险的来源。设备的维护过程,如过滤系统的清洁,其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小,若处理不当,很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。

基于对SLM工艺过程的整体评估,德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案,其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序,实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。

金属粉末的处理必须格外小心,并且在可能的情况下,应在保护性气氛中进行。目前,全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视,以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作,这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下,3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。

3D打印安全保护

3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术,对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱(增材制造保护手套箱)针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的:3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种,每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同,为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。

金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱,提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统,可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内,该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环,氩气在该闭环内循环,系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标,氧含量达到小于1PPM指标,实现超高纯工作气氛的环境,加工的产品可直接应用,减少再处理环节,是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。

技术优势

●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。

●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。

●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。

●人性化专业化设计,箱体外形美观,箱体上大型门的密封性极好,开启方便简单。

●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。