3D принтер Raise3D в медицине: обслуживание МРТ

Магнитно-резонансная томография – самый современный и эффективный метод диагностики, который помогает врачу точно диагностировать проблему со здоровьем или ее отсутствие. МРТ имеет ряд преимуществ перед КТ и рентгенографией, в первую очередь, это безопасность для человека и точность получаемых результатов, единственный минус – достаточно высокая стоимость данной процедуры и, конечно, самого аппарата, комплектующих и вспомогательных инструментов.

О там как 3D печать может помочь в продаже и обслуживании МРТ, нам рассказал Виталий М. из компании «МРТ-сервис», которая занимается продажей и сервисным обслуживанием МРТ/ КТ и рентген-оборудования, и в своей деятельности активно использует 3D принтеры.



Каким образом в сфере обслуживания сложной медицинской техники (МРТ, КТ и пр.) используются 3D принтеры?

При обслуживании магниторезонансных томографов требуются дорогие устройства для решения определенных задач. К примеру, чтобы получить однородность магнитного поля, необходимо произвести шиммирование. Есть такое понятие как «шим-девайс», это некий дорогостоящий инструмент, который не относится к медицинской технике, но необходим для ее правильного функционирования. 

Его очень трудно достать, так как производится он в эксклюзивных немногочисленных партиях, купить практически невозможно.

И поэтому, необходимо сделать такое же устройство, либо такой же прототип. 3D моделирование вкупе с 3D принтерами позволяют произвести такой инструмент.

Еще одно наше направление по применению 3D печати в МРТ – разработка антенн для поиска радиопомех. Внутри прибора размещена электроника, но вся корпусная часть делается на 3D принтере.

Также есть катушки для МРТ, про них потом расскажу подробнее.

Также печатаем различную мелочевку, необходимые запчасти, крепежи и т.д.

Из чего производятся подобные устройства и инструменты?

МРТ работают под магнитным полем, поэтому изготовление каких-то стальных конструкций невозможно, это приведет к искажению магнитного поля. Чтобы этого избежать, мы используем пластик или алюминий.  

Из пластиков сначала использовали Polymaker PLA, потом перешли на ESUN. По большей части используем PLA-пластик, он экологически чистый, делается из кукурузы. ABS все же пахнет при печати. Но если необходимо изготовить шестеренки, детали, на которые предполагается нагрузка, в ход идет и ABS. Для антенн, как выяснилось опытным путем, лучше использовать PLA, для прототипов это идеальный вариант. Он и липнет к столу отлично, и обрабатывается комфортнее, за счет того, что является более хрупким, но это сугубо мое мнение, возможно кому-то это покажется минусом. Помимо принтеров у нас есть 3D фрезер, на котором изготавливаем алюминиевые элементы.

Как давно вы внедрили в работу 3D принтеры?

Первый принтер приобрели в 2016-2017 гг. Сейчас у нас 3 рабочих лошадки - два, работающих по технологии FDM, и один фотополимерный принтер.

Мы искали такой принтер, на котором можно было бы печатать 2-мя экструдерами цельные большие модели. В своем время приобрели Hercules, правда с одним экструдером, но с большой областью печати. Но он уже «поизносился» - на нем было напечатано около 100 килограммов пластика. И хотелось перейти на что-то новое, современное, надежное, большое и двухэкструдерное, поэтому я приобрел Raise3D Pro2 Plus.

Если я печатаю модель на одном экструдере и ее качество непринципиально, используется Hercules. Он позволяет быстро напечатать, но, конечно, с худшим качеством. Ну и, честно говоря, Raise3D очень жалко «насиловать» на больших скоростях, есть старенький принтер для этих целей, а с Pro2 Plus стараемся поаккуратнее.

Raise3D у меня печатает всегда, если я нахожусь в мастерской или где-то неподалеку.

Также был опыт использования 3D сканера. Но в нашем случае, доработка 3D модели после сканера в программе занимает столько же времени, сколько отрисовка модели заново. Когда рисуешь модель сам, полигоны обрабатываются лучше и ошибок меньше.

Наверное, все зависит от модели. Если нужно отсканировать, к примеру, человека, с 3D сканером  ничего не сравнится, а если речь о шестеренке, винте и прочих деталях, то проще нарисовать самим или найти уже созданную модель детали в интернете (многие из них есть в свободном доступе) и просто ее доработать.

Специфика и эффективность использования 3D оборудования в сфере МРТ

В нашей сфере 3D принтеры не окупили себя с точки зрения бизнеса. Они окупили себя с точки зрения скорости. Время - это трудозатраты, а также большие деньги, и поэтому мы потратили 1 млн руб. на покупку оборудования, но зато это ускорило весь процесс производства в 5-7 раз.

К примеру, на разработку антенны для поиска радиопомех ушел год. Причем на саму электронную начинку потратили месяц-два, а на получение конечного результата по внешнему виду, дизайну, форме понадобился год. Конечно, нужно учитывать, что это не каждодневная работа, все делается поэтапно - сначала разработали модель с нуля в SOLIDWORKS, затем напечатали на Raise3D Pro2 Plus один прототип, другой, третий…  В любом случае, процесс прототипирования всегда занимает много времени, у нас было около 10-15 промежуточных вариантов, пока не пришли к итоговому варианту. Чтобы добиться нужной шероховатости, чтобы инструмент хорошо лежал в руке и им было удобно пользоваться, чтобы оптимизировать форму, приходится производить много-много прототипов. Именно 3D технология позволяет это делать достаточно быстро и дешево. Если бы делали прототипы не самостоятельно, процесс бы затянулся на несколько лет.

Антенна после печати на Raise3D Pro2 Plus

Антенна после печати на Raise3D Pro2 Plus

Процесс покраски антенн

Процесс покраски антенн

Готовая антенна

Готовая антенна

Упакованная антенна и полная комплектация

Все наши прототипы мы печатаем из пластика на 3D принтере, как только получаем идеальный, «вылизанный» вариант, отдаем модель для создания на промышленном 3D принтере конечного продукта из полиамида в сторонних компаниях. Точность и качество поверхности там кратно лучше для наших целей. Полиамид дает более ровную поверхность, что гораздо лучше для покраски, достаточно двукратного нанесения грунта и краски без шлифовки.

Особенно это актуально для сложных вогнутых изделий. Все же хочется делать функциональную и красивую продукцию. Такое дорогостоящее оборудование стоит от 1-2 миллионов, и приобретать его нам самим нецелесообразно, мы его просто не загрузим, чтобы печатать в таких объемах. В данный момент работаем с питерскими ребятами, которые печатают из вторичных материалов. В Москве, увы, не получилось найти, компанию, которая за адекватные деньги и за приемлемое время сделает изделие. 150 руб. за грамм - это немыслимая цена и прототип получается золотым. Терять в рентабельности не можем себе позволить.

На данный момент это идеальная схема, мы своими силами оперативно и качественно с минимальными затратами производим прототипы и мелкие детали, а затем делаем готовую продукцию на аутсорсе.

Еще один пример – изготовление прототипов специализированных катушек для МРТ, которые делаются практически полностью на 3D принтере. В России этим в принципе никто не занимается, нет ни компаний, которые бы их делали, ни обучения по созданию катушек. Но есть потребность, и не только в нашей стране, но и во всем мире.

 

Печать катушки для МРТ на Raise3D Pro2 Plus

Катушка МРТ представляет собой комплекс узкодиапазонных направленных антенн, который позволяет улавливать магниторезонансный сигнал от исследуемого объекта. По сути, это измерительное устройство, которое регистрирует сигналы исследуемых частей тела пациента

Буквально недавно было испытание такой катушки на МРТ, и в течение пары недель отшили прототип катушки в коже.

Катушки обтягиваются кожей для более удобного использования - мыть и чистить кожу намного проще, чем другие материалы.

Напечатанная катушка с вмонтированным креплением

Катушка, обтянутая кожей

3D печать VS альтернативные способы производства

Раньше мы делали макеты из эпоксидной смолы и стеклоткани, какие-то прототипы иногда из папье-маше. Так как это ручная работа, повторяемость в данном случае очень низкая.

Потом пробовали заказывать  необходимые прототипы и детали на аутсорсинге. Я пытался найти грамотных людей, которые могут помочь изготовить макеты. Но, к сожалению, это получается либо очень дорого, либо очень долго. В России неадекватная цена на печать своей же модели, которую мы собственноручно создали в 3D программе. Пришлось самому изучать 3D печать, а потом еще и 3D фрезеровку, так как не все возможно напечатать из пластика, есть какие-то «силовые» вещи, которые нужно изготовить из алюминия или из меди. Я прошел этот путь сам. 

Плюсы и минусы 3D печати

У 3D печати колоссальные плюсы, если ты разработал и протестировал уже окончательный прототип, то потом уже ничего не требуется, только передать STL-файл на печать на промышленном принтере с идеальным качеством поверхности.

Минус FDM печати – даже толщина слоя 0,1 мм не дает возможности печатать готовую продукцию в нашей сфере. В идеале нужен пластик, очень легкий в обработке и покраске, с которым будет быстрее достигаться продажный вид.

И, конечно, принтер очень спасает в бытовых моментах - начиная от печати кронштейна для проектора или детской игровой приставки, заканчивая шестеренками для мясорубок или других устройств. Это относится ко всему, что либо невозможно найти, либо будет стоить большие деньги. А здесь, сел, полчаса порисовал, напечатал и готовая продукция у тебя на руках.

Так как мне приходится очень много печатать, если вдруг понадобится , к примеру какая-то заглушка на трубу, мне проще нарисовать ее и произвести на 3D принтере. Это будет гораздо быстрее, чем тратить время на поиски, деньги на бензин.

Самое приятное, что благодаря огромному количеству кружков и ЦМИТов по робототехнике, 3D моделированию, число которых постоянно растет, все больше детей вовлечены в процесс, умеют моделировать и печатать на 3D принтере с юных лет. Дети уже могут напечатать квадрокоптер на 3D принтере. Мой сотрудник, который давно в этой теме, может в течение дня отрисовать модель, поставить на печать, уйти, и с утра уже получить готовое изделие. Это очень быстро и качественно повысит процессы изобретений уже в ближайшем будущем.