新趋势在航空和医疗技术通过添加剂制造
玛丽·韦格纳
托拜厄斯·哈特维奇评论道:1,- 1产品开发和工程设计研究所,汉堡大学技术、德国汉堡
- 2放射治疗和放射肿瘤学,汉堡大学医学中心,德国汉堡
在这份出版物,加法制造领域的可持续发展的潜力和个性化航空和医疗技术。设计方法为每一个应用领域以及示例中所示的字段。在航空领域,结构可以制造,加载路径优化。这一个伟大的轻量级的潜力,结果在低资源消耗。飞机客舱的例子包含设计分区使用的直接能量沉积过程和优化负载介绍点直接集成到三明治核心。此外,在医疗技术,可以使用加法制造产生特定的模型基于原始医学影像数据,可以用于医学治疗的培训,质量保证或新开发医疗设备的验证。中风为例仿真模型包含一个模块化的主动脉模型以及功能stenose模型所示。此外,使用模具来生成一个可变形的膀胱壳牌和前列腺幻影。
1介绍
当前可持续发展的大趋势和个性化是加法制造的司机使用。一个产品开发目标是节省资源和生产操作。当地生产的支持下加法制造有助于节省运输成本和保持公司2排放量低(福特和Despeisse, 2016年)。加法制造可以用来生产个性化的产品,提供供应商满足客户的愿望的机会(希望2015),产生几何复杂产品(吉布森et al ., 2015)。因此越来越多的应用领域是内侧技术和航空工业。在这些领域的物质属性启用用于各种目的,从简单的示范模型到功能模型,复制机械、生物和生理特性。
在航空领域,能源消耗和相关的排放像有限公司2直接依赖于大规模移动。特别是在航空航天工业,增加生产成本可以抵消储蓄在整个生命周期(Krause et al ., 2018)。加法制造提供了机会来达到最好的材料利用率最低重量利用设计的自由。传统上,三明治结构中使用轻量级设计应用程序,例如在飞机客舱,由于其高weight-specific属性。最新的趋势是使用模块化混合设计的个人面板设计根据不同的类型和高度负载(汉娜et al ., 2021)。尤其是在高负荷的地区,提供了潜在的通过最小化接口和集成本地增援介绍直接加载到结构。
提出的方法,用于确定加载路径优化的结构拓扑优化,可以使用加法制造实现提高临界载荷引入轻量级设计。第一个例子是飞机客舱乘务员座椅是附加分区,即必须经受住巨大的负载的情况下崩溃。印在一块分区,直接能量沉积(d)过程是加上一个机械臂实现特别大构建信封(Dambietz et al ., 2021)。第二个例子是负载的加载路径优化设计介绍添加剂制造核心的三明治结构(Schwenke et al ., 2020;Schwenke Krause, 2020)。这里,全球核心结构决定了全球三明治属性和本地负载应用直接集成到结构优化的本地增援。
加法制造的一个主要潜在领域的医学研究和临床应用的个性化和大规模个性化产品(Spallek Krause, 2016)。在医学培训、计划和质量保证是提供了定制的可能性模型基于特定的利益或个别病人的需要,而商业模型是不够的(Silvestro et al ., 2020;韦格纳et al ., 2021 a)。这是通过使用三维增强病人数据集从医学影像为基础设计开发并导致一个特殊的程序创建的医疗训练设备仿真模型和医学幻影。
下列给出的一个例子在医学技术是个性化血管模型的开发模块化的医学模拟器用于医疗培训的神经与血管的干预措施。这些添加剂制造模型用于复制个别患者颅内和解剖颈血管疾病如动脉瘤(Spallek Krause, 2017)、缺血性中风(Wortmann et al ., 2022)或狭窄(血管收缩)(Wortmann et al ., 2021 b),实现现实的医务人员培训情况。模型之间的区别是,基本上代表了几何属性,如动脉瘤模型,主动脉模型(Wortmann et al ., 2021 a)和功能模型,由狭窄,改变他们的状态(显示开放行为)的治疗。一个现实的工作环境中使用的所有模型都是使用实际的治疗工具。几何的发展和功能模型将解释每一个例子。
确保图像分辨率或医疗过程的准确性仍在公差定义所谓的幻影被用于医学成像(Silvestro et al ., 2020;韦格纳et al ., 2021 a)。幻影是物理模型,模拟生物组织在医学成像及其属性,如x射线吸收属性在计算机断层扫描(CT)或磁共振弛豫时间在磁共振成像(MRI)。加法制造过程提供的可能性,在少量生产幻影与高度的几何设计自由定义应用程序(Mitsouras et al ., 2015;韦格纳et al ., 2021 a)。有两个主要选项幻影制造使用。一方面,所需的模型或模型可以直接与生产的一部分,另一方面,间接生产可用于制造模具(韦格纳et al ., 2021 a;2021 b)。例子的添加剂制造模具前列腺膀胱幻影和多层模具将会显示。
2材料和方法
两种方法发展的加法制造领域的航空和医疗技术在以下部分中描述。在航空领域,在2.1节发展的一种新方法加法制造飞机客舱纪念碑。此外,势在航空显示优化的局部载荷引入点三明治结构和相应的方法是在2.2节。开发的方法是在2.3中描述了模型在医学领域。下列给出的一个例子在医学技术使用医学培训和研究模拟为基础的发展中风仿真模型用于医学训练的神经与血管的干预措施。2.4节中给出的医学神经与血管的模拟器。
是印刷技术和材料中提到的结果部分,具体的例子的应用领域都详细描述。我从熔融沉积成型技术(FDM),有限元(SLA)直接能量沉积(d)。
2.1方法发展的加法制造飞机客舱纪念碑
飞机客舱纪念碑的设计的挑战是开发组件,如光,同时尽可能可靠。此外,由于成本较高,实验进行最小化。在传统小屋的设计组件的夹层材料,构建块方法已成为建立(国防部,2002年)。这将产品划分为不同层次的复杂性。材料测试的最低水平,进行大量的测试。然后,这些都是转移到下一个更高的水平。级别越高,越低的测试。最后,在最高的层次上,只有一个全尺寸的测试验证。为了获得相关接口部队在中间水平,自顶向下的方法从产品层面必须除了自底向上的方法进行描述。这种交互是所描述的叉骨模型(Ostergaard et al ., 2011)。在下面,这个叉骨模型是用于加法制造飞机客舱纪念碑的设计。
开发结构概念应包括全部所有飞机客舱的几何和力学方面的部分。此外,特别强调在全球领域结构另外应检查本地仿真和实验。在下面,一个方法是开发,一方面,转移可用的优惠券的结果水平较高,另一方面,识别当地有趣的领域从整个产品。这种方法是基于的叉骨模型(Ostergaard et al ., 2011),这是一个组合的构建块方法(BBA) (国防部,2002年)和多尺度分析(Fontecha Dulcey 2018)。借助这种方法,各个子结构另外发现,当地的影响调查。发达的方法是可视化图1。
图1。加法制造飞机客舱纪念碑的设计方法。
通过较低的道路,一步一步验证的有限元模型进行开发。在一开始,不同的材料模型建立了基于材料测试。根据所需的详细级别,这些考虑现有的各向异性,非线性和失效机制。上一级的呈现方式,如弯曲测试研究了更复杂的测试。这些材料可以用来验证模型,建立了。上面的路径导致产品。验证测试来进行一个小得多的程度上,也只有在合并低的路径。相比的叉骨模型(Ostergaard et al ., 2011),该方法研制的顶级辅以进一步指出,考虑到manufacturing-specific效果。因此,设计的应用加法制造(DfAM)方法(cf。Kumke 2018))或全球的方法根据(Ponche et al ., 2012;Ponche et al ., 2014)建议的发展目标结构。为此,组件定位,所需的功能区域、功能需求和现有流程属性决定或开始。通过拓扑优化,功能区域连接在符合定义的限制。上部和下部的路径满足,降低路径的模型进行验证。
2.2方法的优化负载引入加法制造点三明治结构
Schwenke的设计方法和克劳斯使用数值优化方法和提供的新设计的可能性是(Schwenke Krause, 2020)。它是用来改善局部载荷的介绍和在三明治结构的转移通过直接积分引入点加载到全球三明治核心的基本结构。
两个应用场景是可以想象的。第一种可能性是取代一个完整的三明治的核心是生产三明治的核心。第二种可能性是使用这样的设计在高加载附件点,例如对飞机座舱纪念碑上面的附件如厨房和洗手间。那里,大规模增援的结构是必要的,目前使用固体的碳纤维增强塑料或铝块,然后结合成三明治结构Nomex蜂窝芯材和脸的酚醛树脂浸渍玻璃纤维预浸材料。
的优势结合全球三明治的基本结构和加载路径优化的本地结构是全球最小的机械性能保证,只除了当地钢筋发生。从而可以自由选择底层核心结构。加载应用程序点集成到核心结构和另外优化的数值来确定最好的设计,它可以实现加法制造。
方法论的方法包括三个主要步骤。这些都是见图2。
图2。步骤的方法加载路径的优化设计是三明治(后(Schwenke Krause, 2020))。
在边界条件的有限元模型的第一步是定义,在第二步优化和设计推导过程发生在第三步执行加法制造和设计的分析在实际测试。
加法制造2.3方法发展的医疗模式
在医疗技术的使用加法制造近年来已经大大增加。这包括医疗训练模型的制造,这是一个优秀的可能性培训医务人员以及执行质量保证。物理医学病人模型下雨从模拟器到幻影,被用于医学成像,越来越演变由于添加剂制造。这是由于高几何生产提供了自由和灵活性。让用户产生基于可能性甚至病人个性化的模型。
医学是一个标准化的个性化过程模型中可以看到图3(Spallek et al ., 2019)。解剖结构的数据集使用医学成像模式生成第一,像计算机层析(CT)或磁共振成像(MRI)。数据采集后,数据分割和模型规范,设计合适的接口等。这是紧随其后的是后处理,如支持结构的去除和/或紫外线烘箱固化。后来我模型可以用于指定的应用程序。这个过程可以应用到所有的解剖模型用于医疗培训和质量保证。流程所示图3生成单个患者动脉瘤。这也适用于主动脉模型、缺血性中风和狭窄(血管收缩)模型(见3.2节)。所有模型可以用于实际工作环境下实际的治疗方案和医疗工具。几何的发展和功能模型与一个例子解释每个3.2.1节,这是专为医疗培训模型在2.4节描述。
图3。标准化的个性化过程的患者动脉瘤模型(Spallek et al ., 2019)
使一个适当的质量保证和研究新方法在放疗中的幽灵,与组织等效属性是必要的(韦格纳et al ., 2020)。一个幽灵的关键是组织等效材料(也称为代理),拥有不同的属性对应于医学影像形态使用。制造幻影医学影像是可以直接用于印刷材料(Silvestro et al ., 2020;韦格纳et al ., 2020)。但有局限性特别是成像需要属性目前不能实现的。另一个选择是生产我们是间接通过制造模具,然后充满组织等效材料(韦格纳et al ., 2021 a;2021 b)。的一个例子是霉菌和可溶解的核心制造一个shell是膀胱幽灵会3.2.1节所示。另一个例子是前列腺模具充满组织等效为超声和MRI会3.2.1节中给出。
2.4医疗培训模型Used-Hamburg解剖Neurointerventional模拟器(HANNES)
汉堡解剖Neurointerventional模拟器,短HANNES,是一个物理血液循环模型,使模拟神经与血管的疾病与真正的治疗仪器。汉斯·已被用于培训和研究自2015年以来在动脉瘤治疗。为此,汉斯·是嵌入在一个实验,真实临床环境赫尔曼Zeumer实验室汉堡(HZL)医学中心(见图4)。
图4。汉斯·(一)在临床环境中尤克里里琴,(B)扩大的解剖血管模型的头部(Wortmann et al ., 2022)
HANNES具有模块化设计,所以大量的疾病情况下可以用这个模型映射和连接不同的血管模型变体或特定病人的血管模型是可能的。基础框架、控制单元、流体系统,腹主动脉和颅底标准部分,形成平台的汉斯·。重点是血管系统,这是代表从股动脉解剖学上正确的头部使用原始医学成像数据,(Spallek et al ., 2019)。模型的结构表示图5。
图5。汉堡结构解剖Neurointerventional模拟器(HANNES) (Laukotka et al ., 2020)
不同容器的变化部分在主动脉弓,在颈部动脉血管的头是可能通过定义接口和专门的适配器(Spallek Krause, 2019)(Spallek和克劳斯2019)。
3的结果
应用程序的方法的加法制造领域的航空和医疗技术第二节中描述在本节适用于不同的例子。前两个例子在航空领域(3.1节),然后两个例子为医疗技术(3.2节)。
3.1加法制造在航空中的应用
在第一个例子的设计飞机客舱分区描述使用直接的能量沉积过程。材料的选择以及不同结构概念3.1.1节中给出。其次介绍点直接加载的优化集成到三明治结构描述。一个新的测试设置抗拔试验和相应的结果两个设计第3.1.2所示。
3.1.1加法制造飞机客舱设计分区使用直接的能量沉积过程
在第一个应用程序示例中,一个加法制造飞机客舱分区进行了探讨。设计过程遵循的方法见2.1节。直接选择能量沉积过程的制造方法,因为它有最少的空间限制。然而,实现精度较弱而其他添加剂技术和材料行为的特点是强烈的各向异性行为(卡罗尔et al ., 2015;王et al ., 2016;沃尔夫et al ., 2017)。因此,在第一步中,材料参数的潜在材料进行调查。结果可以在(Dambietz et al ., 2021)。整个组件是首先通过上面的路径分析。
为此,组件定位,所需的功能区域、功能需求和现有流程属性决定或开始。通过拓扑优化,功能区域连接符合定义的限制。执行优化的结果被描述在接下来的段落。上部和下部的路径满足,降低路径的模型进行验证。
在本节中,子结构可以测试组件测试中描述(哈特维奇评论道:et al ., 2022)。图6显示分区优化飞机客舱的结果,在不同体积分数。结果显示,一个isotropized版本的材料使用1.4057 / X17CrNi16-2。一个躺在底板简报被选为组件定位,因为这可以安全地完成。过剩的角度也是不允许的。优化目标是最小化合规,所有从CS-25负载情况下(欧洲航空安全局,2007年)被认为是。包含在图6的最大应力、最大挠度和质量。
图6。结构概念不同体积分数。
最大许用应力为选定的材料在当前情况下是518 MPa弱材料取向。在其他方向,容许应力是700 MPa以上。因此,选择8%的体积分数。进一步可以减少压力峰值后处理。估计质量约为44公斤,比现有分区设计明显较轻,这大约是60公斤(Nagy et al ., 2018)。目前随后修改了设计级的,所有负载介绍点连接结构。
3.1.2优化负载介绍点直接集成到三明治结构
在本节中使用的方法是在2.2节描述的设计方法。出现问题,当使用标准化的组件测试的边界条件是,例如,圆形夹紧的拉拔力试验限制设计空间的大小。如果设计空间变得比夹紧区域,形成一个支持下夹具的优化,这意味着不适合真正的应用程序结构。这是作为一个例子所示图7。
图7。新兴的支持下夹紧与一个更大的设计空间。
本文改变测试边界条件的可能性研究。因为事实上三明治结构通常是支持在其角落,新的测试设置使用一个固定一个八角形的断路器,三明治标本仅限制在四个角。为优化设计空间可以扩展到完整的三明治结构。适应测试设置,优化结构的标准抗拔试验相比,这些边界条件的新的优化结构。两个有相同的质量和设计与有限元加法制造打印机形式3 (Formlabs)从光敏聚合物合成树脂(树脂FLGPCL02清晰)。他们一起显示新的夹紧和拉拔力试验的结果图8。
图8。设计和测试结果-位移图。
为每个设计三个三明治标本进行测试。力-位移关系图显示了良好的协议为每个样本的刚度设计,优化设计是明显更强硬。有一个大设计的最大力量的变化,但所有的优化设计的最大力量大于参考设计。的刚度和最大的力值达到6个标本所示表1。
表1。测试结果为刚度和最大力量。
优化设计比旧的设计执行95%的平均刚度和103%更好的最大力量。自定义的优化设计有强烈直接连接到支持角落由于小三明治标本,验证大三明治结构是必要的。
3.2应用加法制造的医疗技术
在第一个示例中中风仿真模型描述和模块化发展的主动脉模型以及功能stenose模型3.2.1节所示。其次是模具的开发和实现医学幻影3.2.2节中描述了两个例子。使用可分解的是一个核心来生成一个可变形的膀胱外壳和一个使用多部分模具铸造与集成前列腺解剖异常。
3.2.1加法制造中风的仿真模型
BMBF-funded项目COSY-SMILE(完全合成中风模型介入开发和教育),HANNES平台是用来模拟中风治疗方法Wortmann et al ., 2019。所示的主要扩展组件图9。
图9。关键增强组件HANNES-Stroke模型治疗中风(Spallek et al ., 2020)
中风是由于血栓,血栓,血管。这必须通过删除一个血管内,catheter-based过程称为血栓切除术。频繁,血管狭窄发生在治疗,这可能是一个原因血栓或会阻碍这种血栓的治疗路径。因此,这些血管狭窄治疗catheter-based过程的经皮腔间血管成形术(PTA)。治疗下进行数字减影血管造影(DSA)船舶在x射线(形象化Wortmann et al ., 2022)。
的生成模型,有限元(SLA)用作添加剂制造过程用于创建模型。这一过程已被证明是特别适合繁殖血管(Spallek Krause, 2016)。因为研究小组从Formlabs Form2和对此SLA打印机,萨默维尔美国,这些都是用于生产模型。原则是合成树脂固化紫外激光逐点。构建平台从树脂浴一层一层地,模型建立的开销(格布哈特,2016)。弯管模型和整个大脑血管模型主要是解剖模型,主要代表了几何属性,但也想成为现实的触觉和成像,因此在材料属性。相比之下,血栓和狭窄模型显示功能行为。例如,血栓治疗期间应该能够片段,而狭窄应表现出开放的行为。具体模型的设计和制造如下简要描述。
主动脉被描述的开发和制造Wortmann et al ., 2021 a。我们的目标是开发一个模块化的主动脉使用模型来模拟不同的躯体。三种不同类型的主动脉拱门是有针对性的,它的特点是不同的曲率,从而在训练中不同程度的困难。与医生根据定义的需求,如透明的模型,弹性导管和现实的摩擦,设计开始。II型主动脉弓的CT图像数据在程序Meshmixer首次分割,欧特克。美国和修正缺陷。其次是重建CAD程序CATIA V5,达索系统公司,法国,创建一个空心体的壁厚2毫米的实体模型。被添加到现有的汉斯·适配器supraaortal CAD的斜坡。连接到胸主动脉下游的身体,新的适配器开发,也允许一个edge-free模型的过渡部分。不同的制造选项(例如,直接和间接),不同的流程,和不同的材料进行了测试。评估不同的标准表明,生产与SLA Formlabs研究小组对此是有利的。 For the final elaboration of the model, the installation space of the Form3 printer of 145 × 145 × 185 mm must be respected. Using the Preform software from the Formlabs company, the model was arranged on the build platform and provided with support structures. The Elastic Resin material was selected and printing on the printer was started. The printing time was approximately 30 h. For post-processing, the model was washed in 90% isopropanol (IPA), dried and cured in a UV oven (Wortmann et al ., 2021 a)。图10最后一个模型显示了一些步骤。
图10。主动脉弓模型的预成型软件(Formlabs)(一)印刷后,模型的构建平台(B)后置处理后,模型(C)。
的开发和制造的功能模型描述的狭窄和血栓Wortmann et al ., 2022和Wortmann et al ., 2021 b。血栓模型,我只是作为一个支持材料琼脂糖模型复制富含钙的血栓,因为许多加法制造材料的物质属性过于固体复制血栓的属性(Wortmann et al ., 2022)。
复制狭窄的目的是让他们表现出开放的行为治疗后PTA和敞开容器模型。为此,血管模型开发,复制一个健康血管狭窄。这些面积减少壁厚狭窄的地方创建外部塑造(Wortmann et al ., 2021 a)。狭窄的原则生成所示图11。
图11。原则产生的狭窄模型(Wortmann et al ., 2021 a)。
加法制造的组件是使用Formlabs Form2 /对此打印机。模制壳和力应用组件创建的清晰的树脂材料。船模型都是由80的材料灵活和弹性树脂。根据这个概念,应用组件扩展附加部分的力,如临时紧固件或DualLock™粘合剂。图12显示了使用临时紧固件制造模型的概念作为一个例子,以及相应的DSA图像。
图12。使用临时紧固件制造模型概念为例(Wortmann et al ., 2021 b),船模型(一),模制外壳(B)力应用组件(C),狭窄模型组装(D),数字减影血管造影(E)。
3.2.2加法制造的模具医疗幻影
辐照是一种常见的前列腺癌治疗前列腺癌。新的辐照工艺尝试给予高剂量的肿瘤区域,同时保留周围组织尽可能多。评估新的治疗计划看前列腺的位置是很重要的在每个照射治疗,例如可以改变由于膀胱体积的变化。为此与前列腺癌和盆腔幻影周围器官的目的是(韦格纳et al ., 2017)。的体积变化来模拟膀胱膀胱在盆腔幻现实的可变形模型是需要的。描述的开发和制造韦格纳et al ., 2021 b。
为了创建一个解剖膀胱模型使用2.3节的过程。患者的医学CT图像数据作为模型的基础。从解剖成像数据,膀胱导致体积模型的分割。膀胱的STL模型在装备适应Autodesk发明家,欧特克,美国与接口,像一个打开膀胱充盈的。硅的膀胱壁是倒的肖氏硬度33。选择形成弹性和CT的x射线吸收,可用于膀胱壁的组织。定义适当的壁厚硅膀胱的变形进行了模拟Autodesk发明家,欧特克,美国。边界条件,内部压力和材料特性应用于3 d模型保持外部几何不变而调整内表面。变形与文学膀胱变形到一个满意的变形与适当的解剖膀胱变形。膀胱模型从凹模减去。 A core for the mold was also designed, which was later dissolved. The outer mold was split in two parts and fabricated using a stereolithography process (SLA). The SLA printer Form3 by Formlabs, Somerville, United States with a clear resin was chosen.
为核心的聚乙烯醇(PVA)纤维是印有一个熔融沉积成型(FDM)过程中,通过使用I3大型年代Anycubic打印机,深圳,中国。内部核心gyroid结构被选为促进(见冲刷图13)。印刷后外模和他们组装的核心图13,用螺丝固定。双组分硅(RTV2肖氏硬度Silikonfabrik 33。德,德国)倒在模具内部。硅使用色素色流可见模具。在室温固化硅后,模具被打开,PVA-core用温水溶解。膀胱模型以及制造过程中可以看到图13。
图13。工作流的制造膀胱模型是模具和核心(后Spallek et al ., 2020;韦格纳et al ., 2021 b)。
膀胱可变形模型是集成到一个骨盆幻影前列腺辐照(Spallek et al ., 2020)。通过管膀胱充满了不同数量的水,从100到200毫升。膀胱变形影响前列腺的位置,定位波纹管。这使放疗临床医生的可能性评估不同的辐射过程的影响膀胱变形和运动。
放射治疗前选择通常来自前列腺活组织检查来评估病理学。这些活检样本而Transrectal超声波(TRUS)执行。整合其他成像技术在肿瘤领域的信息可以看到一个新的方法是执行一个融合使用TRUS引导活检(FGB)和核磁共振成像定位MRI可见肿瘤区域。培训这个过程是前列腺幻影FGB开发。整个幻中可以找到的实现(Spallek et al ., 2020)。允许前列腺解剖精确成像以及可定制的病变(病变)在前列腺癌前列腺的模具设计。由于核心活检是来自前列腺内的病变,一个agarose-based starch-water混合物被选为前列腺及其病变的代理。混合物具有相同的成像特性作为人类前列腺癌和变成固体,所以没有外壳的前列腺癌模型是必要的。病变的额外的添加剂,比如盐和彩色颜料,在MRI或美国提供可见性,或两种成像模式,补充道。视觉形态的一个成功的靶向活检的颜色色素允许可视化确认是否病变活检针被击中。
选择一个多部分解剖是模具制造的前列腺。模具由三个层次,前列腺的否定形式是减去。解剖前列腺癌的发展过程步骤如2.3节所述。与病人前列腺形成医学成像,在这种情况下,核磁共振,用于生成数字模型。通过一个中间板的损伤针直径的病变(曲线)可以固定,病变(参见创建的深处图14)。这个中间板可以固定在第一或第二层,并允许通过网格容易前列腺病变的位置在不同位置的同时也能够包含不同的病灶大小。固化后的第一个或第二个层,圆损伤模型可以放置在各自的层。病变也投在一个加法制造模具,用一个球体形状和直径5毫米,10毫米到15毫米。所有模具零件制造使用SLA打印机对此Formlabs,萨默维尔市,美国明确的树脂。制造前列腺后集成到活组织检查培训幻影。准确成像在MRI和TRUS显示前列腺,使培训临床医生治疗病变MRI和/或美国(见可见图14 b, C)。由于病变的色素可以实现直接构象的影响(见图14 e)。
图14。图像前列腺模具,制造前列腺癌和活检的核心。铸型前列腺癌的CAD模型(一),T2w-MRI形象(B),TRUS形象(C)横断面的前列腺(D),活检的核心(E),((一)韦格纳et al ., 2021 a)。
4讨论
本文研究的一些潜在的应用领域的加法制造航空和医疗技术。
加法制造过程提供了一个高几何设计和自由直接集成负载介绍点飞机机舱纪念碑。例如飞机客舱分区的一个d过程显示,制造是可能的。然而,确保底座和结构不变形材料应用时,底座必须几毫米厚。因此,在这个概念中,基板最后必须从结构中删除。这是由铣削,例如,会抵消任何材料储蓄通过使用添加剂制造。因此,进一步设计必须执行其他打印定位、底板较小或者可以更好地删除。一种可能是把它放在沿中心线的中心部分。在这种情况下,通过使用一个装置,热畸变越小同时可以最小化。介绍点直接加载的优化集成到三明治结构研究表明,边界条件对性能有直接影响。因此,应该使用实际的边界条件在测试设置。 To achieve an even more realistic constraint in the test setup the specimens should be directly restrained over load introduction points instead of being supported at the corners. Furthermore, a verification on larger sandwich structures is recommended.
加法制造医疗模式最大的优势是生产灵活性和几何设计制造过程提供的自由。导致模型可以适应特定病人躯体(单独或通用)。基于医学成像的图像,解剖特点可用于设计。一方面,我可以直接被用来产生一个模型中,像一个幽灵或组件的模拟器(几何以及功能模型)。但另一方面,添加剂间接制造可用于生成模具,可以充满组织等效混合物。在医学成像,这种制造特别适合生产基于胶状混合物的软组织。印刷技术通常只允许一个或两个不同材料的制造一次而复杂的拟人化模型或幻影从单个打印幻影制造业将是下一个发展步骤。目前,用额外的调整和间接生产模具、各种应用模型在医学培训仍然可以证明,因为它是直接和间接显示出版物中加法制造的例子。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。
作者的贡献
所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
确认
确认是这个贡献是基于研究项目相关DEPOSE-Additive Fertigung冯Kabinenmonumenten mittels直接能量沉积(20 q1905)、CabinJoint-Ganzheitliche Betrachtung和Optimierung冯Verbindungselementen毛皮死Flugzeugkabine (20 q1904b)和EFFEKT-Effiziente Kabine军队的Vernetzung冯Technologien和Systemen (20 d1927d)支持的联邦经济事务部和气候行动(BMWK)的基础上,决定由德国联邦议院以及COSY-SMILE-Completely合成中风模型介入发展和教育(161 l0154a)由联邦教育部和研究(BMBF), CHARLIE-Entwicklung静脉方法毛皮死在der Qualitatssicherung fokalen Strahlentherapie des Prostata-Karzinoms(2019年03 FMTHH)支持的Forschungszentrum Medizintechnik汉堡(FMTHH)。
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关键词:添加剂产品生产,医疗技术、开发过程、医疗模式,三明治板,航空和航天、负载介绍,医疗幻影
引用:韦格纳米,哈特维奇评论道:TS, Heyden E,施万L, Schwenke J, Wortmann N和克劳斯D(2022)新趋势在航空和医疗技术通过添加剂制造。前面。Manuf抛光工艺。2:919738。doi: 10.3389 / fmtec.2022.919738
收到:2022年4月13日;接受:2022年5月06;
发表:2022年6月23日。
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*通信:玛丽·韦格纳,marie.wegner@tuhh.de