一种新的3D打印机将CT扫描仪的原理与材料的光建模相结合，可以在创纪录的时间内生产出具有独特属性组合的物体。想象一下，只需按一下“打印”，就可以制作出阿尔伯特爱因斯坦半身像的复制品，它配有柔软的脸颊、坚实的前额，并包含大脑奇迹的物理复制品。或者更令人印象深刻的是，人造心脏的硬度与真实心脏相同。这只是丹麦技术大学(DTU)的研究人员正在努力利用基于光的新3D打印技术实现的3D打印对象的几个示例。
据多部门团队负责人、DTU化学系杨毅助理教授介绍，这台打印机利用了反向CT扫描的原理。
“我们的打印机将在计算机断层扫描图像的交叉处构建一个物理对象。该技术使我们能够构建嵌入不同属性和材料转换的3D对象，”YiYang说。
CT扫描通过重组从X射线投影获得的大量二维图像中的信息来提供例如大脑的3维图像，这些图像围绕患者旋转并显示不同的组织类型。另一方面，新的3D打印机将通过让光线照射一个旋转的物体并根据由二维图像组成的三维图像来塑造物体来产生物理物体。
该跨学科项目的第一个成果最近在NatureCommunications上公开发布。最近，YiYang获得了2MDKK的Villum实验资助，该资助将资助一名博士后和一名技术管理人员来推进该项目。
在三个平面上打印
尽管当前的3D打印机以3D形式生产物体，但实际打印是在较低维度上进行的。该材料，例如塑料树脂，被逐层或逐点固化，并在印刷板上从下到上印刷物体。然而，新的3D打印机实际上会在三个维度上进行打印，YiYang助理教授解释说，“我们使用一种称为TotographicVatPhotopolymerization(TVP)的方法，它允许我们同时打印3D对象中的所有点。人们不得不想象一个装有液体聚合物的盒子——一种聚合物打印机墨水。通过将墨水暴露在特定波长的光下，由3D图像确定并作为CT扫描构建，墨水会变成所需形状的固体。”
可以调节弹性
与DTU机械工程的AminulIslam副教授和DTU化学的KristofferAlmdal教授一起，YiYang助理教授正在为一种新型光敏聚合物树脂配方开发合适的设备类型，这对于利用其中一个很重要光依赖3D打印技术的巨大优势。
“我们可以根据我们的计算机模型，通过控制光源传递的不同波长来改变3D对象的柔软度，”YiYang说。
到目前为止，该打印机已经成功地使用功能分级材料打印了各种复杂的几何形状。
助理教授解释说，打印机的潜力远远延伸到各种物品的商业生产。但是，快速调整打印的柔软度和形状的独特可能性也意味着他看到了人工替代血管化的潜力，用于需要新的、有功能的组织和器官的患者。
“我们的3D打印的详细程度和灵活性有望如此广泛，以至于该技术可用于使用生物聚合物作为‘墨水’来生产完全血管化的结构。这项技术可能能够复制血管、毛细血管和肌肉的柔软性和独特的结构。还有很长的路要走，但希望打印机可以让我们更接近目标，”杨说。
前所未有的速度
虽然打印机的一些潜在优势存在于未来数年，但它已经具有可以彻底改变3D打印的功能。
通常，3D打印的速度取决于物体的复杂程度和体素的数量。体素是3D像素，可以描述为形成图像的所有小点，或者在体素的情况下，可以描述为3D图形中的点。
然而，由于新的3D打印机使用倒置CT图像作为模板，并简单地用光线改变聚合物材料，而不是逐点打印，因此几乎可以立即生成物体。
“原则上，该技术允许人们发送一个物体的CT扫描并按下‘打印’。不久之后，现实生活中的柔软度中就会有一个对象的副本，”杨总结道。
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