اضف اعلان
ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟ وكيف تم اكتشافها
مقالات عامة
مشاهدات : 64

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟ وكيف تم اكتشافها

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد على تقنية مضافة يتم فيها وضع طبقات المواد تدريجيًا لإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد. في هذه التقنية ، يتم إنشاء الكائنات عن طريق إضافة مادة خاضعة للرقابة ، بدلاً من الطرح.

تم تسجيل براءة اختراع التكنولوجيا ، التي بدأت كطريقة تستخدم للنماذج الأولية السريعة ، من قبل تشارلز هال في عام 1984. وصف هال اختراعه بأنه: "نظام لتوليد كائنات ثلاثية الأبعاد عن طريق إنشاء نمط مقطعي للكائن المراد تشكيله على سطح محدد لوسط سائل قادر على تغيير حالته الفيزيائية استجابة لتحفيز تآزري مناسب. "1 يعتبر هال هو مخترع طريقة الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) ، والتي تعتمد على طبقات صلبة من راتينج البوليمر الضوئي.


تاريخياً ، تم تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد للاستخدام الصناعي والهندسي. في البداية ، ركز على النماذج الأولية السريعة ، وإنشاء نماذج مادية لمكون أو نظام لأغراض التصور. التكنولوجيا المطورة للسماح بالتصنيع السريع للمنتجات المعقدة الكاملة 

يعد عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد مجالًا سريع التطور في الصناعة الطبية وكذلك في معظم قطاعات حياتنا ومؤخرًا تم استيعابها في العديد من المنازل ، والتي تكتسب التكنولوجيا بسبب الخيارات المخفضة التكلفة في السوق والإمكانيات المخفية في الداخل بالنسبة لأي منا تقريبًا في الوقت الحاضر ، يعرف الجميع تقريبًا أن التكنولوجيا موجودة.

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد

هناك طرق تصنيف مختلفة لأنماط الطباعة المختلفة. تعتمد إحدى طرق تصنيف طرق الطباعة على المواد الأساسية المستخدمة: صلبة وسائلة ومسحوق.


هناك الكثير من الالتباس بين الأطباء فيما يتعلق بالاختلافات بين التقنيات المختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال ، لا يعرف معظمهم الفرق بين التلبيد الانتقائي بالليزر والتلبيد المباشر بالليزر للمعادن والذوبان الانتقائي بالليزر ، وكلها أعضاء في الطرق القائمة على المسحوق.

سنصف الطرق الرئيسية لكل مجموعة ، مع التركيز على الاختلافات والمزايا والعيوب

أساسه سائل: تحتوي هذه الفئة على أقدم أشكال النماذج الأولية السريعة ، SLA. تعتمد الطباعة الحجرية على الليزر فوق البنفسجي الذي يقوم ببلمرة الراتنج القابل للمعالجة بالضوء ، مما يؤدي إلى ترسيخ مناطق معينة في طبقات على منصة متنقلة والتي تنزل مع تقدم العملية في حاوية من الراتينج ، وبالتالي يتم معالجة الطبقات المتتالية من الراتينج فوق بعضها البعض.


قاعدة صلبة: من الأمثلة الشائعة على طريقة الطباعة ذات الأساس الصلب ، نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) التي تعتمد على الترسيب المستمر للمواد. في هذه الطريقة ، يتم إنشاء الطبقات عن طريق ترسب مادة لدن بالحرارة مخففة بالحرارة. تُستخدم هذه الطريقة في معظم الطابعات الاستهلاكية الاقتصادية.


أساس المسحوق: يعتمد التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) على طبقة من المسحوق حيث يقوم الليزر عالي الطاقة بتسخين جزيئات المسحوق إلى درجة يمكن أن يندمج فيها المسحوق على المستوى الجزيئي ، مكونًا طبقة صلبة. ثم ينزل الدرج ويتم دمج طبقة جديدة فوق الطبقة السابقة. الذوبان الانتقائي بالليزر (SLM) مختلف قليلاً. عندما يسخن الليزر مسحوق المواد إلى ما دون نقطة الانصهار بقليل ، فإنه يعتبر SLS ، وإذا تم تسخينه إلى أعلى بقليل من نقطة الانصهار ، فإنه يعتبر SLM. الاختلافات بشكل رئيسي في مسامية المادة ؛ في SLS هناك بعض المسامية ، والتي لا توجد في SLM. من ناحية أخرى ، تتطلب SLM مادة أنقى ، بينما في سبائك SLS يمكن استخدامها. يشير مصطلح تلبيد المعادن بالليزر المباشر إلى نفس العملية مثل SLS ولكنه يشمل السبائك المعدنية فقط ، بينما يتضمن SLS مجموعة متنوعة من المواد. هناك تقنية أخرى تحظى بشعبية متزايدة وهي ذوبان شعاع الإلكترون (EBM). إنه مشابه لـ SLM ، والفرق هو أن EBM يستخدم شعاع إلكتروني بدلاً من الليزر.

هناك تقنيات أخرى في المجموعات السائلة والصلبة والمسحوقة ؛ ومع ذلك ، فإنه خارج نطاق هذه الورقة لمزيد من التفصيل حول كل منها.

من المهم تحديد الهدف من الطباعة. لطباعة النماذج للسماح بالتكيف المسبق لألواح التثبيت ، أو تقديم النتائج ، أو التخطيط قبل الجراحة للجراحة ، يمكن استخدام SLA أو FDM. عند طباعة الغرسات ، عادة ما تكون SLS هي السبيل للذهاب. تتضمن تقنيات التعقيم الشائعة للأشياء المستخدمة أثناء العملية أو للزرع التعقيم بدرجة حرارة عالية أو تعقيمًا كيميائيًا أو إشعاعيًا .5 من المهم تذكر أن العديد من المواد المستخدمة لإنشاء أدلة جراحية حساسة للحرارة نظرًا لانخفاض نقطة انصهارها وبالتالي تتطلب بروتوكولات التعقيم الخاصة مثل أكسيد الإيثيلين .6.7 ومع ذلك ، ينتج عن اندماج طبقة المسحوق المعدني غرسات يمكنها تحمل التعقيم.


ملاحظة مهمة هي أنه على عكس SLA و FDM ، والتي تتطلب غالبًا هياكل دعم لطباعة الأجزاء المتدلية في الكائنات ، لا تحتاج SLS إلى دعم لأن المسحوق المحيط يدعم الأجزاء غير المتصلة ؛ يسمح هذا بطباعة أشكال هندسية مستحيلة سابقًا. تعتبر الدعامات في SLA و FDM ضرورية بسبب الوقت اللازم لتصلب مادة اللدائن الحرارية وبالتالي لربط الطبقات.

التطبيقات السريرية في الجراحة

حاولت معظم أقسام الجراحة في الوقت الحاضر استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بطريقة أو بأخرى ، بدءًا من الوسائل البصرية اللمسية للتخطيط المسبق للجراحة وحتى التخطيط الافتراضي الكامل للجراحة والأدلة الجراحية المخصصة بالإضافة إلى عمليات الزرع الخاصة بالمريض (PSI) والتي البقاء في الجسم الحي.

ركزت معظم تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في الجراحة على هذه الفئات الثلاث: النماذج الجراحية ثلاثية الأبعاد ، والأدلة الجراحية ، والغرسات. بينما يمكن طباعة النماذج والأدلة باستخدام SLA و FDM ، فإن الغرسات تُطبع عادةً باستخدام SLS أو SLM أو EBM. هناك العديد من التقارير في الأدبيات التي تصف استخدام الفئات الثلاث في الجراحة.

يمكن أن تستفيد طباعة النماذج التشريحية بالحجم الطبيعي في عدة جوانب ، بما في ذلك تعليم الجراحين الشباب على النماذج التي تسمح بفحص الأنسجة عن طريق اللمس وثلاثي الأبعاد. يمكن أيضًا استخدام النماذج لإجراء عمليات جراحية وهمية وبالتالي تحسين التنبؤ بالنتائج. يمكن أيضًا استخدام هذه النماذج لتكييف الأجهزة قبل الجراحة ، وبالتالي تقليل وقت التشغيل وتحقيق التوافق الفائق.

أظهرت النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد أنها متفوقة في التخطيط قبل الجراحة مقارنة بالصور ثلاثية الأبعاد. وقد استخدمت هذه التطبيقات في العديد من المجالات مثل جراحة الأوعية الدموية لطباعة نماذج الأبهر ، وإصلاح تمدد الأوعية الدموية من الداخل لتحديد الجهاز المناسب ، في القلب. جراحة للتخطيط قبل الجراحة لاستئصال الورم وإصلاح العيوب الخلقية ،في جراحة الأعصاب للتدريب على الملاحة ، وفي جراحة العظام لتخطيط استئصال الورم وعلاج إصابات الصدمات . ،استخدمنا نماذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد في الجمجمة والوجه والفكين عملية جراحية للانحناء المسبق لألواح التيتانيوم لإعادة البناء على نموذج ثلاثي الأبعاد للجمجمة قبل الاستئصال ، مما يسمح لنا باستعادة الوضع الصحيح للعظام 

المتبقية بدقة مع تقليل طول العملية . نحن أيضًا نماذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد لاختيار جهاز تكوّن العظام قبل الجراحة.

مثال : نموذج ثلاثي الأبعاد لفك سفلي مطبوع

نظرًا لأن التخطيط الافتراضي يكتسب المزيد من الشعبية ، خاصة مع التطور السريع للواقع الافتراضي وأصبح PSI معيارًا للرعاية ، فإن طباعة النماذج ثلاثية الأبعاد ستفقد شعبيتها الحالية ، ومع ذلك فإن التطبيق المثير للاهتمام الذي يكتسب الزخم هو الأدلة الجراحية. هذه تسمح باستئصال جراحي دقيق أو قطع العظم على أساس التصوير قبل الجراحة. يعد استخدام هذه الأدلة بقصد إدخال PSI أمرًا ضروريًا لأن الدقة لها أهمية كبيرة جدًا ، خاصةً عند استخدام الغرسات المعدنية التي يصعب تعديلها أثناء الجراحة.


أحد الاستخدامات الأكثر وصفًا للأدلة الجراحية في جراحة الوجه والفكين هو تطبيقها لاستئصال العظام وإعادة بناء السديلة المجانية باستخدام سديلة خالية من الشظية ، لقد استخدمنا التخطيط ثلاثي الأبعاد وأدلة أثناء الجراحة لتطعيم الضلع الدقيق والتثبيت في حالات قصور الفك السفلي استخدامًا شائعًا آخر هو الجراحة التقويمية. جراحة تقويم الفكين هي جراحة تصحيحية تهدف إلى استعادة العلاقة التشريحية والوظيفية المناسبة للمرضى الذين يعانون من تشوهات الهيكل العظمي للوجه والأسنان. يتضمن الأسلوب الكلاسيكي استخدام المفصل وجبائر الأسنان لنقل العلاقات الهيكلية ، والجراحة الوهمية على القوالب بناءً على قياساتنا ، ورقائق الأكريليك كمرشدين في غرفة العمليات لإعادة وضع الفكين. في الوقت الحاضر ، يمكن استخدام العمليات ثلاثية الأبعاد المخططة مسبقًا بدون رقاقة لأداء قطع عظم دقيقة وتحديد موضع مثالي للفك غير المحاذي. الطباعة ثلاثية الأبعاد لأدلة القطع لعظام العظام وألواح التثبيت الخاصة بالمريض المطبوعة ثلاثية الأبعاد لتحديد الموضع النهائي الدقيق للفكين ، استنادًا فقط إلى التخطيط ثلاثي الأبعاد قبل الجراحة ، تقلل إلى حد كبير من دمج الأخطاء البشرية. الطباعة ثلاثية الأبعاد أثناء العملية يمكن أيضًا تحضير جبائر الأسنان من أجل إعادة ضبط دقيق للفكين / منتصف الوجه بناءً على تخطيط ثلاثي الأبعاد قبل الجراحة في الحالات التي لا تكون فيها لوحات التثبيت الخاصة بالمريض خيارًا. في جراحة العظام ، تم استخدام أدلة القطع كدليل حفر وكأدلة لحصاد الغضروف ، وكذلك لعمليات الاستئصال.

المستقبل

يتم التخطيط في الوقت الحاضر من قبل المهندسين. ويرجع ذلك إلى عدة أسباب ذلك. على سبيل المثال ، كانت معظم برامج CAD المتاحة اليوم مخصصة للمجالات الصناعية ، وبالتالي فهي ليست سهلة الاستخدام للجراح الذي يفتقر عادةً إلى التعليم المناسب. سبب آخر هو الحاجة إلى التحليل الهيكلي للزرع فيما يتعلق بالجوانب الميكانيكية الحيوية. ينتج عن طريقة التخطيط هذه الحاجة إلى التحدث المتبادل بين المهندس والجراح ، الذين غالبًا ما يكونون في بلدان مختلفة ويتحدثون لغات مختلفة. بمرور الوقت ، سيتم تبسيط التخطيط وسيصبح أكثر سهولة في الاستخدام ، مع مراعاة المشكلات الميكانيكية وتنفيذ قواعد التخطيط الافتراضي ، والتأكد من أن الغرسة ستحافظ على الاستقرار في ظل القوى الفسيولوجية. سيؤدي ذلك إلى تحويل عملية التخطيط إلى الجراح ، وبالتالي توفير المحادثات المتبادلة المكلفة بين المهندسين والجراحين والتي تستغرق وقتًا طويلاً.


ينتج عن استخدام PSI طريقة أكثر دقة واستمرارية لإعادة الإعمار ، مع انخفاض معدلات الإصابة بالأمراض ووقت تشغيل أقصر. ومع ذلك ، فإن هذه المواد البلاستيكية لها عيوبها: فهي لا تزال أجسامًا غريبة وبالتالي فهي عرضة للعدوى والتفكك الفموي / الجلدي ، ويمكن أن تنفك براغي التثبيت وتخلق تفاعلًا التهابيًا.

يكمن المستقبل في الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد للخلايا القابلة للحياة والتي ستؤلف العظام والأنسجة الرخوة المفقودة. يتم التحقيق في مجال الطباعة الحيوية على نطاق واسع ، مما يؤدي إلى تحسين التقنيات والمواد والبروتوكولات. على الرغم من أن المجال يعتبر في مراحله الأولى من التطور ، فقد تم بالفعل طباعة الأنسجة ذات الحجم البشري ؛ وتشمل الأمثلة الجلد والغضاريف والأنسجة الوعائية والصمام الأبهري والكلى. تشمل التحديات التكنولوجية الحاجة إلى زيادة الدقة والسرعة والتوافق مع المواد ذات الصلة بيولوجيًا. بالطبع ، تشكل الأوعية الدموية ، التي تمثل تحديًا كبيرًا في هندسة الأنسجة ، أيضًا عقبة رئيسية في الطباعة الحيوية: يجب تحقيق الأوعية الدموية المناسبة للأنسجة المطبوعة ثلاثية الأبعاد من أجل البقاء على المدى الطويل . حتى تصبح الطباعة الحيوية معيارًا ، التطبيق الجدير بالملاحظة هو الطباعة ثلاثية الأبعاد للغرسات القابلة للامتصاص. مثال على ذلك هو إنشاء جبيرة مجرى هوائي قابلة للامتصاص بيولوجيًا متعددة الكابرولاكتون تم زرعها في صبي يعاني من تلين الرغامي القصبي.

الاستنتاجات

تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد للنماذج للتخطيط قبل الجراحة على تعزيز الإدراك ثلاثي الأبعاد للعملية المخطط لها ، إما كوسيلة مساعدة مرئية عن طريق اللمس أو لإجراء عمليات جراحية وهمية. إنه يسمح بالتكيف المسبق للأدوات الجراحية مثل لوحات التثبيت وبالتالي يقصر العملية ويحسن الدقة.


يسمح PSI المطبوع ثلاثي الأبعاد بإعادة بناء العلاقات التشريحية بدقة وكذلك استعادة الوظيفة بكفاءة. يوفر PSI الحاجة إلى التكيف في غرفة العمليات ، مما ينتج عنه غرسات شديدة المقاومة يمكنها بسهولة تحمل القوى الفسيولوجية. يتوسع تطبيق PSI بسرعة ، وسنرى العديد من طرق العلاج المبتكرة في المستقبل القريب بناءً على هذه التقنية.


يبدأ تخطيط عمليات الزرع الخاصة بالمريض مع الجراح ، ويستمر في يد المهندس ، ثم يعود إلى الجراح وما إلى ذلك ، بينما يمكن إجراء اجتماعات الويب الحية للحصول على نتائج أسرع. هل هذه هي الطريقة المناسبة والأكثر فاعلية لتخطيط PSI؟ على الاغلب لا. مع تطور برامج CAD ، ستكون أكثر سهولة في الاستخدام وستقلل من دور المهندس في العملية ، وربما تتركه مع التحقق من سلامة الهيكل فقط قبل طباعة الغرسة. ستكون الطباعة الحيوية هي الأداة المثلى لإعادة بناء الأنسجة المفقودة وبالتالي حل عيوب الغرسات البلاستيكية. نحن بعيدون عن اليوم الذي ستكون فيه هذه الطريقة جزءًا من صندوق أدواتنا ، ومع ذلك ستغير تمامًا طريقة تفكيرنا وعملنا عندما نصل إلى هناك.

يجب عليك تسجيل الدخول / تسجيل لتستطيع اضافة تعليق او اعلان مبوب

التعليقات والمراجعة


قم بتنزيل تطبيق بحبش

للحصول على اداء افضل واسهل .. و ميزات مجانية اضافية

Get it on Google Play
ba7bsh - بحبش