速度堪比掃描儀的超快速3D打印設(shè)備

2022年1樂(lè)26日，南極熊獲悉，丹麥技術(shù)大學(xué) (DTU) 開(kāi)發(fā)了一種全新的結(jié)合CT 掃描儀的原理的 3D 打印機(jī)，該設(shè)備可以在極短的時(shí)間內(nèi)打印出設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體。3D打印機(jī)使用反向CT的掃描原理。DTU 化學(xué)助理教授楊毅解釋道：“我們的打印機(jī)將在計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像的交叉處構(gòu)建一個(gè)物理對(duì)象，這項(xiàng)技術(shù)使我們能夠構(gòu)建嵌入不同屬性和材料過(guò)渡的 3D 結(jié)構(gòu)”。

△Yi Yang 超快3D打印設(shè)計(jì)者

三維圖像

CT 掃描提供生物組織的三維圖像，例如，通過(guò)從 X 射線二維投影中重構(gòu)三位體，這些成象設(shè)備圍繞患者旋轉(zhuǎn)并顯示不同的組織類(lèi)型。新的 3D 打印機(jī)將通過(guò)讓光線照射到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的物體上來(lái)打印設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，它將根據(jù)由二維圖像組成的三維圖像來(lái)塑造對(duì)象。該跨學(xué)科項(xiàng)目的第一個(gè)成果最近在Nature Communications上公開(kāi)發(fā)布 。最近，Yi Yang 獲得了 200 萬(wàn)丹麥克朗的 Villum Experiment 資助，用于資助一名博士后和一名技術(shù)人員推進(jìn)該項(xiàng)目。

△ 醫(yī)學(xué)CT影像數(shù)據(jù)以及重建結(jié)果

從三個(gè)維度平面進(jìn)行打印

盡管當(dāng)前的 3D 打印機(jī)以 3D 形式生產(chǎn)物體，但實(shí)際打印是在較低維度上進(jìn)行的。這種材料（例如塑料樹(shù)脂）會(huì)逐層或逐點(diǎn)固化，并在印刷板上從下到上打印物體。但是，Yi Yang 解釋說(shuō)，新的 3D 打印機(jī)實(shí)際上會(huì)在三個(gè)維度上打印。“我們使用一種稱(chēng)為層析缸光聚合 (TVP) 的方法，它允許我們同時(shí)打印 3D 對(duì)象中的所有點(diǎn)�？梢韵胂笠粋�(gè)裝有液體聚合物的艙室，通過(guò)將墨水暴露在特定波長(zhǎng)的光下，由 3D 圖像確定并構(gòu)建為 CT 掃描，原材料會(huì)固化微所需形狀的對(duì)象。”Yi Yang還解釋說(shuō)：“我們可以根據(jù)我們的計(jì)算機(jī)模型，通過(guò)控制光源傳遞的不同波長(zhǎng)來(lái)改變 3D 對(duì)象的柔和度，”到目前為止，該打印機(jī)已經(jīng)成功地使用功能分級(jí)材料打印了各種復(fù)雜的幾何形狀。

△在短短數(shù)十秒內(nèi)即可通過(guò)三維切片數(shù)據(jù)打印空間對(duì)象

3D打印器官

3D打印的潛力為各種物品的商業(yè)生產(chǎn)開(kāi)辟了一個(gè)新天地，但是，目前的打印方法無(wú)法簡(jiǎn)單的調(diào)整固定結(jié)構(gòu)的柔度，同時(shí)打印一般是需要較長(zhǎng)的時(shí)間。Yi Yang 的新的打印思路可以很好的解決以上問(wèn)題。這些缺陷的改進(jìn)讓3D打印類(lèi)器官芯片變的更加可行，同時(shí)也為未來(lái)打印人造血管提供了便捷的方法。Yi Yang 說(shuō)“我們的 3D 打印的詳細(xì)程度和靈活性非常優(yōu)秀，以至于該技術(shù)可用于使用生物聚合物作為“墨水”來(lái)生產(chǎn)完全血管化的結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)可能復(fù)制血管、毛細(xì)血管和肌肉的柔軟性和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。雖然還有很長(zhǎng)的路要走，但希望打印機(jī)能讓我們更接近目標(biāo)”。

前所未有的打印速度

雖然該打印思路還有待優(yōu)化，但它已經(jīng)具有可以徹底改變 3D 打印的潛力。通常，3D 打印的速度取決于物體的復(fù)雜程度和體素的數(shù)量。從三維方向進(jìn)行打印將從維度上大大縮小打印時(shí)間。由于新型 3D 打印機(jī)使用倒置 CT 圖像作為模板，并用光線改變聚合物材料，而不是逐點(diǎn)打印，因此幾乎可以立即生成物體�！霸瓌t上，這項(xiàng)技術(shù)允許人們發(fā)送一個(gè)物體的 CT 掃描并直接打印。只需片刻，它就會(huì)在現(xiàn)實(shí)生活中創(chuàng)造出一個(gè)柔軟的物體”Yi Yang 助理教授說(shuō)。