3DプリントとCTスキャンを組み合わせることで、高速かつリアルな3Dプリントオブジェクトを実現

出典: Xianji.com

新しい 3D プリンターは、CT スキャナーの原理と材料の光モデリングを組み合わせて、記録的な速さで独自の特性の組み合わせを持つオブジェクトを生成します。

「印刷」ボタンを押すだけで、柔らかい頬、しっかりした額、そして脳の驚異の物理的なレプリカを備えたアルバート・アインシュタインの胸像のレプリカを作成できると想像してみてください。さらに驚くべきことに、本物の心臓と同じ硬度を持つ人工心臓もあります。これらは、デンマーク工科大学 (DTU) の研究者が、新しい光ベースの 3D 印刷技術を使用して 3D 印刷オブジェクトを実現するために取り組んでいる方法のほんの一例です。

複数部門チームのリーダーによると、このプリンターは逆CTスキャンの原理を活用しているという。「私たちのプリンターは、コンピューター断層撮影画像の交差点に固体物体を造形します。この技術により、さまざまな特性や材料の遷移を埋め込んだ3次元物体を造形することができます」と研究者は語った。

CT スキャンは、患者の周囲を回転してさまざまな組織タイプを示す X 線投影から取得した多数の 2 次元画像からの情報を再結合することにより、たとえば脳の 3 次元画像を提供します。一方、新しい 3D プリンターは、回転する物体に光を当て、2 次元画像で構成された 3 次元画像に従って物体を形作ることによって機能します。

3 つの平面に印刷します<br /> 現在の 3D プリンターは 3 次元でオブジェクトを生成しますが、実際の印刷はより低い次元で行われます。プラスチック樹脂などの材料は層ごとに、または点ごとに固化され、オブジェクトはビルドプレート上で下から上に向かって印刷されます。しかし、新しい 3D プリンターは実際には 3 次元で印刷する、と研究者は説明しています。「私たちは、トモグラフィートラフ光重合 (TVP) と呼ばれる方法を使用しており、これにより、3 次元オブジェクトのすべてのポイントを同時に印刷できます。液体ポリマー (ポリマープリンターインク) が入った箱を想像してください。3D 画像によって決定され、CT スキャンのように構築された特定の波長の光にインクをさらすと、インクは目的の形状で固体になります。」

調節可能な弾力性<br /> 研究者たちは、光依存型 3D 印刷技術の大きな利点の 1 つを活用するために重要な、フォトポリマー樹脂の新しい配合に適したタイプの機器を開発しています。「光源からのさまざまな波長を制御することで、コンピューターモデルに従って3Dオブジェクトの柔らかさを変えることができる」と研究者らは述べた。

これまでのところ、このプリンターは機能的に傾斜した材料を使用して、さまざまな複雑な形状の印刷に成功しています。研究者は、このプリンターの可能性は幅広い品目の商業生産にまで及ぶと説明した。しかし、プリントの柔らかさや形を素早く調整できるという独自の可能性は、新たな機能的な組織や臓器を必要とする患者のための人工代替品の血管新生にも可能性があると彼は考えている。

「私たちの3Dプリントの精細さと柔軟性のレベルは非常に高いものになるだろうから、この技術はバイオポリマーを「インク」として使い、血管が完全に発達した構造物を作るのに使えるかもしれない」と研究者らは語った。「この技術は、血管、毛細血管、筋肉の柔らかさと独特の重なりを再現できるかもしれない。まだ道のりは長いが、このプリンターが私たちをその目標に近づけてくれることを期待している」

前例のないスピード

このプリンターの潜在的なメリットの一部はまだ何年も先のことですが、3D プリンティングに革命を起こす可能性のある機能がすでに備わっています。通常、3D プリントの速度は、オブジェクトの複雑さとボクセルの数によって異なります。ボクセルは 3 次元のピクセルであり、画像を構成するすべての小さな点、またはボクセルの場合は 3 次元図形内の点として説明できます。

しかし、新しい 3D プリンターは、ドットごとに印刷するのではなく、反転した CT 画像をテンプレートとして使用し、光でポリマー材料を変更するだけなので、オブジェクトをほぼ瞬時に生成できます。原理的には、この技術により、物体の CT スキャンを送信し、「印刷」ボタンを押すだけで済みます。その次の瞬間には、現実の柔らかい物体のコピーが存在することになります。

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