支撑结构对3D打印医学模型是有益还是无益？

摘要：自从3D打印技术问世以来，其一直在医疗领域发挥着重要作用，如今已用于无数的应用程序，从外科手术指南、解剖模型到植入物到工具。而今，该技术变得尤为重要，并为当地医务人员提供支持。值得一提的是，选择性激光烧结（SLS）是在医学3D打印领域中的重要工具，以工具和视觉辅助工具的形式支持复杂的手术等……

aau讯（编辑 王瑶）自从3D打印技术问世以来，其一直在医疗领域发挥着重要作用，如今已用于无数的应用程序，从外科手术指南、解剖模型到植入物到工具。而今，该技术变得尤为重要，并为当地医务人员提供支持。值得一提的是，选择性激光烧结（SLS）是在医学3D打印领域中的重要工具，以工具和视觉辅助工具的形式支持复杂的手术等。

尽管SLS 3D打印具有许多优点（包括材料选择和打印精度），但它提供的最大好处之一就是无支撑打印。使用其他3D打印方法（例如FDM和SLA）需要在3D打印过程中生成支撑结构来支持零件在打印时的几何形状。然后必须使用机械或化学工艺去除这些支撑结构，这会增加大量的整体生产时间，并可能影响零件质量。

相比之下，在SLS中，粉末支撑着每个构建层，从而可以生成具有各种几何形状和小细节的复杂模型。此功能在医疗行业中特别有用，这是因为在该行业中，需要基于层析成像和其他专门成像方法的高度复杂的解剖模型。

任何技术都适合打印医疗模型？

3D打印最广为人知的优势之一是它能够打印出令人难以置信的复杂几何形状-不受技术环境的限制，而受想象力的限制。但是，由于材料、系统、设计方法和分层方法的不同，打印技术彼此之间也存在很大差异。考虑到这一点，应分别考虑每个应用程序和3D模型，并根据表面要求、精度和机械性能进行分析。

确定3D模型使用哪种技术的关键因素是它是否需要支撑结构以及移除过程是否会妨碍零件的美学特性或功能。许多医学模型的特征是复杂的解剖结构和内部特征。在这些情况下，通过比较使用各种技术打印的3D解剖心脏模型，我们将演示支撑件对最终模型的质量和可用性有多大影响。

支撑结构对使用SLA、FDM和SLS技术打印的几何形状零件的影响

上图中是由树脂（SLA）、ABS（FDM）、PLA（FDM）和PA12（SLS）制成的四个3D打印心脏模型。对于FDM模型，在切片器中自动生成的支撑结构非常密集，由于模型的几何形状，支撑结构很多。即使是易溶的支撑结构，尽管更易于去除，但也会干扰零件表面，留下支撑结构痕迹。此外，侧面的一些细节由于尺寸小而无法正确打印，并且打印的层清晰可见，从而掩盖了医学模型中可能很重要的细节。最后，使用后处理来平滑打印的图层可能会导致细节和零件清晰度下降。

从使用SLA 3D打印的心脏模型来看，模型表面都更加整洁。但是，某些支撑结构太大而无法在不损坏模型的情况下被移除-在小的突出元件周围尤其如此。从心脏模型中移除SLA支持物会导致难以触及而又不存在损坏的风险区域出现痕迹。

相比之下，SLS 3D打印模型可以单件打印，而无需任何支撑结构。这要归功于粉末床，该粉末床在烧结时支持模型的几何形状。随后将载体粉末从喷砂机中的零件上除去。总体而言，SLS流程创建的模型具有比FDM和树脂模型更清晰的模型。

后期处理

除了可能影响打印模型的质量外，移除支撑结构还需要时间。对于ABS和PLA心脏模型，尽管付出了很多努力并使用了专用工具，但一些支撑却很难去除。相比之下，SLA模型的后处理相当简单：必须切除模型表面和底座之间狭窄空间中的结构。尽管如此，在不破坏复杂模型的情况下移走支撑仍然很费时，并且最终仍然保留了支撑结构的痕迹。对于使用SLS打印的模型，这不是问题：只需清除并收集模型中的剩余粉末即可。在那里，可以对其进行刷新（即与新粉末混合）并重新使用，从而使后处理变得容易并且浪费最少。

表面质量

对于查看最终心脏模型的表面质量，我们将重点研究SLS和SLA模型。与FDM不同，SLS和SLA技术自然具有较低的层可见性。但是，仔细观察心脏模型，我们会在SLS模型上看到更详细的定义。SLA模型非常光滑，许多细节与支撑结构融合在一起。

SLS模型总体上提供了最佳的表面效果：心脏不受任何表面痕迹或支撑结构的损害，并且不带有机械干预的任何痕迹。至关重要的是，零件的内部几何形状也是高质量的。

在医学应用中，对于研究和手术准备，内腔的表面质量与外部特征一样重要。在显微镜下观察模型，FDM部件的表面上有大的圆形层（实际上，在没有显微镜的情况下亦可见）。SLA工艺使用非常薄的平坦层，从而获得光滑的表面光洁度。而SLS工艺导致表面粗糙，没有可辨别的层。用肉眼可以看到，SLS零件显得无光泽，但光滑且无层。

几何精度

支撑也影响了3D打印心脏模型的准确性。一方面，心脏模型上支撑结构的残留物降低了打印件的几何精度。此外，某些心脏模型的空腔中还有太多其他材料，无法进行测量。对于SLA模型，固化还存在一个问题：材料在模型的中心未完全固化，从而导致模糊。

在准确性方面，SLS模型要优越得多，这在很大程度上要归功于无需支撑。在SLS心脏模型上的测量值在+/- 0.1mm之内，这被认为是具有很高精度（根据3D Hubs在SLS技术中的制造标准是+/- 0.3mm）的模型。

SLS，医疗模型的完美解决方案

SLS使用户能够生成详细的几何形状，而使用其他3D打印技术则很难形成。在医疗领域中，当规划手术或向患者传达手术信息时，使用这一技术制造高精度解剖模型会使医疗专业人员从中受益。

时间也是医疗行业的重要因素。通过消除对支撑物去除后处理的需求，SLS技术可以及时交付解剖部位模型，从而减少了等待时间，并更快地将模型交付医疗专业人员。借助Sinterit Lisa和新的打印配件系列，可以轻松实现具有复杂几何形状的高质量、高保真度零件，而这是其他打印技术所不能涵盖的。

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