Ondersteund met geavanceerde CADCAM software kunnen modern fabricage technologieën worden benut om zelfs de meest complexe vormen te fabriceren. Dit gebeurt met hoge nauwkeurigheid. 3D Printen voor de medisch toepassing is zeer interessant. Het 3D printen van endoprotheses is één van de vele mogelijkheden. De 3D Print technologie kan worden gebruikt om tegen lage kosten modellen te printen van organen, ledematen en botten. Deze kunnen gebruikt worden als studie objecten voor toekomstige doctoren.
Drie dimensionale modellen van hoge nauwkeurigheid op basis van medische scans (bv. CT) van een patiënt kunnen helpen in voorbereiding op een operatie. 3D printen van endoprotheses biedt veel mogelijkheden.. Endoprotheses geprint voor een specifieke patiënt kunnen bijvoorbeeld helpen tijdens een klinische test.
Shell modelling
Mesh polygon wordt gezien als een zeer goede methode voor de omschrijving van een 3D object. Door de randen van minimaal twee polygonen aan elkaar te verbinden kunnen objecten in twee en drie dimensies worden gegenereerd.
Een mesh polygon wordt omschreven door twee belangrijke parameters: Het soort polygoon en de verbindingsmethode. Ze genereren een grote mesh wat vanuit praktisch oogpunt zeer belangrijk is, Wanneer een mesh wordt gekozen om een schil (shell) te genereren, zeer bruikbaar in de medische wereld, moet er met een aantal criteria rekening worden gehouden. In de eerste plaats de geometrische complexiteit, dit dient zo eenvoudig mogelijk te zijn waardoor Computer bewerkingen eenvoudiger worden Het tweede criterium is zorgen voor een stijve constructie en ten derde het economisch criterium. De eenvoudigste mesh is een rechthoekige, een driehoekvormige mesh wordt gekarakteriseerd door hoge stijfheid en de hexagonale mesh is het meest economisch.
Een belangrijke economische indicator bij het 3D Printen is de hoeveelheid benodigd printmateriaal om een mesh te printen. De hoeveelheid benodigd materiaal kan worden voorspeld. De hexagonale mesh is het meest economisch, er is dus het minste materiaal nodig. (net als bij een honingraad). “Each division of area with similar field has circuit size at least like the size of the mesh of regular hexagons” (T. Hales, 1991).
Om een opengewerkte shell structuur te verkrijgen moet men een platte mesh op het 3D oppervlak projecteren. Het is een tweetraps projectie. De eerste fase is de projectie van een vlakke mesh op een vlakke ondergrond b.v. een cilinderoppervlak. De tweede fase is de projectie van cilinder mesh nodes op het aangewezen oppervlak.
Poreuze volumetrische objecten modellering
Porueze volumetrische objecten modellering kan op vele manieren. Een daarvan is de methode van hermetische vulling met behulp van draadframe modellen. Zoals blijkt, is het niet eenvoudig om solids van deze vorm te vinden. Een andere stevige vulling is tetrakaidekahedron.
De diamantstructuur is gemakkelijk te genereren met een computer, het steunt op de hoekpunten van een regelmatige viervlak en het geometrische zwaartepunt. Bij het kopiëren van zo’n model genereren we een structuur met knooppunten verbonden door 4 randen.
3D Print technologie en het gebruik van STL modellen
Het printen van geometrische objecten is een nieuwe technologie. De ontwikkelingen op dit gebied worden gedreven door een aantal voordelen. De belangrijkste zijn:
• Het creëren van vormen die onmogelijk zijn met traditionele technieken,
• Het vervangt een aantal traditionele technieken,
• Het is een relatief goedkope productietechniek (het gebruik van kunststoffen),
• Er kunnen ongebruikelijke materialen worden toegepast.
Printen is het plaatsen van 2D lagen, laag voor laag, waardoor uiteindelijk een 3D object ontstaat. Tijdens het printen dienen procesparameters te worden bepaald – ondersteuningsfuncties voor n technologische processen. De kwaliteit van het eindproduct wordt bepaald door de kwaliteit van deze activiteiten, de apparatuur (printer) en de software waarmee het G-Code bestand is gegenereerd.
Het geometrische model wordt meestal opgeslagen in STL formaat vanwege de eenvoud van de model omschrijving. STL modellen zijn gebaseerd op een driehoekvormige mesh, waar los van de driehoeken geen andere verbindingen zijn. Het verwerken van de STL file naar een dataset voor de aansturing van een 3D Printer is een complex algoritme. Dit proces omvat onder andere:
• Geometrische data import,
• Model reparatie en optimalisatie (veel apparaten generen objecten met een foutieve mesh),
• Geometrisch verwerken van de buitenrand van het object,
• De invulling van het object berekenen,
• Ondersteuning en bruggen genereren,
• Kinematische berekening van de polylijn t.b.v. de G-Code (machinetaal voor aansturing van de assen van de printer),
• Het verwerken van de G-Code naar de machinetaal.
Het is goed om te vermelden dat de SOFTSHAPER software van Verashape de gebruiker de mogelijkheid biedt om bestanden te verwerken die meer dan 200 miljoen driehoeken bevatten.
Het is niet moeilijk om voor te stellen wat het potentieel is voor medische toepassingen van deze 3D print technologie. Dit artikel beschrijft slechts een klein deel van de mogelijkheden voor het printen van 3D objecten met open structuren, shell en volumetrische objecten.
