Výroba Endoprotéz Pomocí 3D Technologie

Výroba Endoprotéz Pomocí 3D Technologie

Pomocí propracovaných a moderních CAD/CAM softwarů je možné vytvořit velmi propracované a komplikované tvary s vysokou přesností. Aditivní technologie výroby muže být použita pro nízkonákladový tisk věrných modelů lidských orgánů. Jedná se o zajímavou technologii pro lékařské využití a pro školní učební pomůcky.

Trojrozměrné modely disponují vysokou přesností díky lékařskému záznamům konkrétního pacienta (např. CT). Model může být nápomocný při přípravě na operaci. Protéza vytištěná pro konkrétního pacienta může být využita i pro klinické studie.

Modelování povrchu objektu
Modelování pomocí polygonní sítě je považováno za jedno z nejlepších způsobů vytvoření prostorových objektů. Spojením hran nejméně dvou polygonů lze modelovat geometrické obrazce ve dvourozměrném prostoru stejně jako prostorové objekty.

Sít polygonů je složena ze dvou důležitých parametrů. Je možno vytvořit detailní polygonní síť což je v lékařství důležité. Když volíme typ sítě bereme v úvahu několik parametrů. Možnost implementace geometrických tvarů do modelu pro jednodušší výpočet dat, zajištění tuhosti konstrukce a úspornost procesu. Čtvercová (obdélníková) síť je nejjednodušší, trojúhelníková nejpevnější a šestiúhelníková je nejúspornější.

Důležitým ekonomickým ukazatelem 3D tisku je množství tiskového materiálu potřebného pro tisk sítě. Ta je určena obsahem plochy jednotlivých polygonů. Sít, složená ze šestiúhelníků je nejúspornější, k její realizaci je stejně jako například u včelí plástve potřeba nejméně materiálu.

Modelování výplně modelu
Vytvoření výplně je možné docílit několika způsoby. Jeden z nich spočívá ve vyplnění prostoru soustavou uzavřených struktur. A jak se ukázalo, nejedná se o lehký úkol. Jedna z možností výplně je tetrakaidekahedron. Také je možné vytvořit výplň z krychlí k zachování pravidelnosti sítě.

Diamantová struktura může být jednoduše vygenerovaná počítačem. výhodami je v pravidelné čtyřstěnné struktuře s opěrnými body a těžištěm v geometrickém středu.

3D tisk s použitím STL dat
Tisk geometrických objektů je nová technologie. Její aktivní vývoj je podporován několika výhodami. Ty nejdůležitejší jsou:

Dovoluje vytvořit objekty které nejdou vytvořit jinou technologií.
Dokáže nahradit desítky jiných, ,,tradičních,, technologií.
Je relativně levná (v případě použití plastů).
Může být realizována pomocí nestandartních materiálů.

Tisk se provádí v jednom technologickém kroku, který spočívá ve vytvoření cesty stroje vrstvu po vrstvě tak, aby vytvořila požadovaný prostorový model. Tisk probíhá pomocí řetězce technologických úkonů. Výsledná kvalita vytvořeného modelu závisí na kvalitě těchto procesů a vzájemné komunikace zařízení (tiskárny) se softwarem.

Modely jsou nejčastěji ukládány do STL formátu kvůli jeho jednoduchosti. Standartní STL model pracuje s trojúhelníkovou sítí, kde kromě ustavujících trojúhelníků nejsou definována žádná spojení. Sousedící trojúhelníky (na síťovém modelu), mohou být umístěny daleko od sebe v STL formátu a co víc, informace jsou kopírovány a stejné hrany se mohou objevit i u pár dalších trojúhelníků.

Zpracování STL dat za účelem vytvoření řídících dat pro 3D tiskárnu je složitý algoritmický proces, který zahrnuje:

Import geometrických dat.
Opravu dat modelu a optimalizace (spousty zařízení generují chyby v síti modelu).
Geometrické zpracování hran objektu.
Zpracování výplně modelu a jeho částí.
Podpory, mosty a ustavení modelu (s ohledem na materiálové vlastnosti).
Kinematický výpočet křivky za účelem vytvoření G-kódu (strojový jazyk určující pohyb stroje).
Zpracování G-kódu do řídícího programu stroje.

Je snadné si představit obrovský potenciál 3D technologie tisku v lékařském využití. Tento článek představuje pouze malou část této technologie.

Prof. Ryszard Leniowski
R&D Software Manager, Verashape

Share this post