Orientasi Bagian Optimal dan Konfigurasi Dukungan pada Printer 3D

Salah satu keuntungan utama pembuatan aditif adalah kemungkinan kustomisasi bagian yang nyata. Teknologi ini sangat cocok untuk produksi implan khusus untuk pasien di bidang medis seperti bedah kraniofasial (CFS), di mana ukuran optimal, bentuk dan sifat mekanik diperlukan.

• Tujuan: Menunjukkan bahwa pemodelan dapat membantu dalam memilih orientasi dan konfigurasi struktur pendukung yang tepat.
• Solusi: Buat tiga konfigurasi dukungan bagian yang berbeda dan bandingkan
• Perangkat Lunak Bekas: Materialize Magics
• Metode: memodelkan dan membandingkan deformasi konfigurasi dukungan bagian akhir
• Sektor industri: Kesehatan

Masalah pencetakan 3D implan wajah kraniofasial

Implan maksilofasial individu



Efek pegas

Proses pembuatan implan untuk HHF menyebabkan banyak kesulitan. Jika implan tidak diproses secara termal, implan biasanya mengalami efek "pegas" dalam beberapa konfigurasi karena tegangan sisa. Efek ini menyebabkan deformasi yang signifikan pada struktur akhir, akibatnya implan mungkin tidak cocok untuk pasien. Seberapa serius efek pegas akan tergantung pada orientasi bagian dan konfigurasi dukungan . Namun, pemilihan konfigurasi yang benar adalah proses yang kompleks dan memakan waktu.

Dalam contoh ini, kami memeriksa berbagai konfigurasi dukungan untuk setiap bagian implan untuk operasi kraniofasial dan menentukan konfigurasi mana yang paling tidak terpengaruh oleh pegas dan, oleh karena itu, paling cocok untuk pembuatan aditif . Kami melakukan ini dengan mensimulasikan deformasi menggunakan metode stres mandiri * yang terkalibrasi dengan baik * dan membandingkan deformasi akhir produk setelah menghilangkan dukungan. Untuk mengkonfirmasi hasil simulasi, kami membuat perbandingan tambahan dengan konfigurasi yang dibuat.

Memodelkan seluruh platform dalam tiga menit

Visualisasi Langkah 2: Voxelization dari Tiga Orientasi Bagian yang Berbeda

Pemodelan adalah alat yang ampuh untuk meminimalkan sesi cetak yang gagal. Ini memberikan informasi berharga tentang cara menempatkan (atau tidak menempatkan) dukungan atau segmen kritis. Mari kita lihat alur kerja pemodelan.

1. Memperoleh geometri CAD dari komponen dan mendukung konfigurasi.
2. Penguapan bagian geometri dan verifikasi struktur pendukung dalam kondisi batas.
3. Pemodelan konstruksi lapis demi lapis menggunakan metode tekanan intrinsik.
4. Interpolasi hasil voxel ke geometri CAD asli.

Kami memutuskan untuk fokus pada kecepatan pemodelan, sehingga voxelization bagian memiliki butiran yang agak besar. Tujuan kami bukan untuk mensimulasikan distorsi yang tepat dari konfigurasi apa pun, tetapi untuk menentukan konfigurasi mana yang mengalami distorsi paling kualitatif. Hanya dalam tiga menit, kami mensimulasikan seluruh platform yang telah dioxox.

Evaluasi hasil

Pemodelan deformasi setelah pemisahan dukungan

Untuk mensimulasikan dan melihat hasilnya, modul perangkat lunak Simulasi Magics digunakan. Pemuatan selektif dari data pemodelan yang paling relevan dalam Magics telah meningkatkan proses seleksi untuk orientasi optimal. Gambar di bawah ini menunjukkan tiga konfigurasi yang berbeda dari dukungan bagian (transparan) dan deformasi implan yang disimulasikan setelah pemisahan dukungan. Seperti yang Anda lihat pada gambar, konfigurasi penyangga bagian dengan deformasi paling kecil ada di tengah. Tidak mengandung zona merah dan kuning.

Untuk mengkonfirmasi hasil simulasi, kami membandingkan penyimpangan dalam desain bagian cacat dari geometri CAD asli untuk bagian yang disimulasikan dan dicetak. Seperti dapat dilihat di bawah, desain yang disimulasikan dan dicetak memiliki pola deviasi yang sama. Konfigurasi atas berisi penyimpangan geometris terbesar dari geometri CAD asli, dan rata-rata berisi penyimpangan terkecil.



Perbandingan deformasi yang disimulasikan dan struktur yang dicetak dengan geometri asli

Menemukan ketegangan terkecil

Dalam contoh ini, kami menggunakan pemodelan elemen hingga untuk dengan cepat memprediksi deformasi global dari tiga konfigurasi yang berbeda dari dukungan bagian implan kranial-maksilofasial. Voxelization yang kasar memungkinkan untuk dengan cepat memodelkan dan mendapatkan data tentang kecenderungan kualitatif deformasi. Sampel uji aktual yang dicetak pada printer 3D menegaskan bahwa dari tiga konfigurasi yang diusulkan dalam penelitian ini, rata-rata satu mengalami deformasi paling sedikit setelah melepaskan struktur pendukung .

Dengan demikian, model kedua juga menegaskan bahwa kemampuan prediktif pemodelan adalah alat yang berharga bagi insinyur manufaktur aditif. Menggunakan modul simulasi Magics, mereka dapat mengevaluasi desain mereka sebelum tahap pembuatan, yang memungkinkan mereka untuk menemukan orientasi optimal dari bagian-bagian dan konfigurasi dukungan.

Harap dicatat bahwa Materialize Magics bukan perangkat lunak medis. Pengguna bertanggung jawab untuk menyetujui proses produksi dan produk untuk digunakan sebagai perangkat medis. Implan ortognatik terwujud dilindungi oleh paten EP 2398411, US 8.784.456, US9.247.972, US 9.333.279. Paten lain sedang diproses.

* Metode tegangan internal (ISM) adalah prosedur pemodelan yang disesuaikan berdasarkan simulasi pengelasan untuk memprediksi tegangan sisa dan deformasi selama proses pembuatan aditif. ISM menyederhanakan proses termomekanis yang kompleks dan padat karya dari pembuatan aditif hingga analisis kuasi sederhana, memungkinkan Anda memodelkan komponen aditif kompleks dengan cepat dan akurat.

Terjemahan dari bahasa Inggris. Artikel asli ada di sini .