YUE

西屋电气成功采用3D打印技术生产1000个VVER-440燃料流量板

2024年3月23日,获悉,西屋电气(Westinghouse)公司最近制造出第1000块用于VVER-440反应堆燃料的3D打印燃料流板,实现了一个重要的里程碑。 △通过增材制造生产的燃料组件部件批量生产的核电3D打印关键主件 这些流动板被认为是有史以来第一个进入批量生产的安全相关增材制造组件,并安装在 VVER-440燃料组件中。该设计利用了增材制造的设计,重新设计了组件的底部,据说可以提供更强大的性能。这些板材已经入围2024年TCT工业产品应用奖的决赛。 西屋电气首席技术官兼研发与创新执行副总裁Lou Martínez Sancho表示:“这一成就展示了增材制造从原型设计到大规模生产的发展,为我们的客户创造了有形的价值。同时,这标志着西屋电气在增材制造技术领域取得的又一项开创性成就,致力于加强安全、效率、可持续性和能源安全。” △西屋电气3D打印的顶针堵塞装置VVER反应堆是水-水能反应堆,缩写为WWER或VVER。这是一系列压水反应堆设计,最初是由前苏联吉德罗普雷斯公司(OKB Gidropress)开发的。VVER反应堆最初是在20世纪70年代之前开发的,并不断得到更新。因此,VVER这个名称与从第一代反应堆到现代第三代+反应堆设计的各种反应堆设计相关联。VVER-440型V230是最常见的设计,可提供440兆瓦的电力。去年9月,西屋公司向乌克兰国有核电公司Energoatom交付了第一批重装VVER-440燃料组件。 核反应堆的典型设计特点是分层安全屏障,防止放射性物质外泄。VVER反应堆有三层:燃料棒,氧化铀烧结陶瓷燃料颗粒周围的密封锆合金(Zircaloy)包层提供了一个耐高温和高压的屏障。 西屋公司在核工业领域实施3D打印技术,以降低成本、缩短交付周期,并继续在能源生产领域提供领先解决方案,这一技术的里程碑是它们成功制造了第1000个3D打印的VVER燃料部件。 2015年,该公司首次进行了对3D打印核部件的材料辐照研究。2020年,西屋公司在运行中的商用反应堆中安装了首个与安全相关的3D打印制造的组件,即顶针封堵装置。 △2020年,西屋为商业核反应堆安装的第一个增材制造组件3D打印技术与核电领域 增材制造在核领域的应用比其它行业要慢一些,但近年来也出现了一些值得注意的时刻。例如,2017年,西门子成为第一家在核电站完成3D打印部件商业安装的公司。2020年早些时候,瑞典3D打印公司Additive Composite和Add North 3D发布了一种新型碳化硼复合丝,适用于核工业辐射屏蔽应用。 在核能行业,快速成型技术在生产复杂部件和原型方面发挥着至关重要的作用。随着全球重新认识到核能是一种更清洁、更高效的能源生产解决方案,整个核能行业都在加大对3D打印技术的应用,而该技术正是应对当前和未来诸多挑战的理想技术之一。3D打印技术可用于制造原型和主流生产,从而简化流程,提高运营效率。 建筑3D打印、3D打印医疗模型、三维扫描、抄数、逆向建模、web数字博物馆,您有任何相关需求,都可以联系成都小火箭,西南专业的3D打印服务商,成都3D打印中心。

研究人员3D打印高分辨率“大脑模型”,可用于治疗神经退行性疾病

2024年3月23日,获悉,来自维也纳医科大学(MedUni Vienna)与维也纳工业大学的研究人员联合开发出了世界上第一个 3D 打印的“大脑模型”,该模型模拟了脑纤维的结构,并可以使用磁共振成像的特殊变体(dMRI)进行成像。科学家团队现已证明,这些大脑模型可用于推进对阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症等神经退行性疾病的研究。 该研究以题为“Toward Printing the Brain: A MicrostructuralGround Truth Phantom for MRI”的论文被发表在《先进材料技术》杂志上。 相关论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202300176 磁共振成像(MRI)可用于检查大脑的结构和功能,而无需使用电离辐射。在 MRI 的一种特殊变体——弥散加权MRI (dMRI) 中,还可以确定大脑中神经纤维的方向。然而,在神经纤维束的交叉点处,很难正确确定神经纤维的方向,因为这是不同方向的神经纤维重叠的地方。为了进一步改进工艺和测试分析评估方法,国际团队开发了一种所谓的“大脑模型”,它是采用高分辨率双光子聚合(2PP)3D打印工艺生产的。 △2PP3D打印原理 立方体内的微通道 维也纳医科大学的 MRI 专家和维也纳工业大学的 3D 打印专家与苏黎世大学和汉堡-埃彭多夫大学医学中心的同事密切合作。早在 2017 年,维也纳工业大学就开发出了一款双光子聚合(2PP)打印机,可实现大规模打印。在此过程中,还与维也纳医科大学和苏黎世大学一起开展了将大脑模型作为用例的工作。由此产生的专利构成了大脑模型的基础,该模型现已开发出来,并由维也纳工业大学的研究和转移支持团队负责监督。 从视觉上看,这个模型与真实的大脑没有太大关系。它要小得多,呈立方体形状。它的内部有非常细小的充满水的微通道,其大小相当于单个脑神经。这些通道的直径比人类头发细五倍。为了模拟大脑中神经细胞的精细网络,由维也纳医科大学医学物理与生物医学工程中心的首席作者迈克尔·沃莱茨(Michael Woletz)和维也纳理工大学3D打印与生物制造研究小组的弗朗茨卡·查卢帕-甘特纳(FranziskaChalupa-Gantner)领导的研究团队使用了双光子聚合打印技术。 △ 首批获得全球关注的 2PP 实验之一。图片来源:维也纳大学 2PP高分辨率打印方法主要用于打印纳米和微米范围内的微观结构,而不是用于打印立方毫米范围内的三维结构。为了创建适合 dMRI 尺寸的模型,维也纳工业大学的研究人员一直致力于扩大 3D 打印过程,并能够打印具有高分辨率细节的较大物体。高规模 3D 打印为研究人员提供了非常好的模型,当在 dMRI 下观察时,可以分配各种神经结构。 Michael Woletz 说道:“我们看到手机摄像头摄影的最大进步不一定是新的、更好的镜头,而是改善拍摄图像的软件。情况与 dMRI 类似:利用新开发的大脑模型,我们可以更精确地调整分析软件,从而提高测量数据的质量,更准确地重建大脑的神经结构。” 根据大脑模型训练的分析软件 因此,大脑中特征神经结构的真实再现对于“训练”dMRI 分析软件非常重要。3D打印的使用使得创建可以修改和定制的多样化和复杂的设计成为可能,并且大脑模型描绘了大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域,例如交叉的神经通路。 为了校准分析软件,需要使用 dMRI 检查大脑模型,并像在真实大脑中一样对测量数据进行分析。借助3D打印,可以精确了解模型的设计并确认分析结果。开发的模型可用于改进 …

研究人员3D打印高分辨率“大脑模型”,可用于治疗神经退行性疾病 Read More »

Desktop Health 推出ScanUP数字牙科计划,提高牙科操作效率和患者护理水平

2024年3月23日,获悉,桌面金属(Desktop Metal)旗下的医疗 3D 打印品牌 Desktop Health推出了ScanUp,这是一款针对牙医的新程序,旨在帮助简化数字牙科技术的采用,从而提高实践效率和患者护理。 ScanUp 计划自 2022 年 11 月以来一直在通过测试版进行开发,目前已拥有数百名成员,其中包括 WesternDental 和 Smile Brands 等多家 DSO。现在,该计划正在向一般牙科市场推广,该计划的成员将收到 Desktop Health 提供的经 iTero Element Flex 认证的二手 (CPO) 扫描仪,作为实验室服务订阅计划的一部分。 Desktop Health 和Desktop Labs 总裁 Lou Azzara 表示:“ScanUp通过简化且易于访问的解决方案,为采用数字牙科的牙医解决了真正的挑战。我们很自豪能够推出 ScanUp 计划,支持全科医生和家庭牙医的数字化牙科之旅,从而提高执业效率并增强患者体验。” Align Technology美国副总裁兼总经理Matt Miller表示:“iTero扫描仪可以成为将实践从模拟转变为数字化的不可或缺的工具,帮助医生提高实践效率,提供优异的患者结果,并为他们的患者提供出色的体验。我们对Desktop Health有机会将iTero Element Flex扫描仪的好处带给美国Desktop Lab的全科医生感到兴奋。” 一个简单而完整的解决方案 ScanUp 解决了寻求采用数字牙科的临床医生所面临的几个挑战。根据Desktop Metal的说法,美国约一半的牙医尚未采用口腔内扫描技术,这是数字牙科之旅的第一步,原因是他们认为和实际存在挑战,比如将数字工作流程拼接在一起以交付最终修复和其他牙科产品的复杂性。 牙医可以在数字化旅程的任何阶段参与 ScanUp 生态系统,通过负担得起的订阅计划(通过常规实验室服务付费)。Desktop Health 订阅提供了 Align iTero …

Desktop Health 推出ScanUP数字牙科计划,提高牙科操作效率和患者护理水平 Read More »

Replique发布3D打印材料中心Material Hub公开版本

2024年3月24日,获悉,3D打印解决方案提供商Replique发布了Material Hub公开版本,这是一个集成了500多种工业级聚合物材料的数据库,供用户免费访问。此次推出的公开版本,是2023年11月在Formnext上首次推出时可用材料数量的两倍,并已与85家以上的供应商建立合作关系。 △Replique推出3D打印材料中心公开版本Material Hub的设计使制造商能够利用技术筛选选项,在几秒钟内准确地搜索所需的材料。每种材料都详细列出了其技术规格、行业标准以及适用的应用领域。 在测试阶段,该中心已帮助众多公司、机构和合作伙伴在几秒钟内访问和筛选合适的3D打印材料。这种技术过滤功能还旨在帮助公司减少与手动研究相关的时间和成本。Replique还确保为每种材料提供详细的技术规格、行业标准和应用领域,帮助用户做出明智的决策。此外,打印机制造商、服务提供商和其他利益相关者可以从数据库中的集体知识中受益。 △Replique的材料合作伙伴网络在Formnext 2022上亮相Replique表示,测试版本收到了“压倒性的积极反馈”,该公司现在已准备好将该数据库引入更广泛的社区。 Replique的首席执行官Max Siebert博士解释说:“此次发布标志着我们在实现增材制造民主化方面迈出的重要一步。”他进一步强调了平台持续优化的承诺,以满足用户不断演变的需求。 在经过Beta测试阶段后,Replique对公开版本进行了性能升级,其中包括了搜索功能的优化,用户现在可以选择深入或基础的搜索级别。 此外,该平台的一项新功能允许用户直接请求材料报价,以便通过Replique的全球合作伙伴网络中的85多个合作伙伴生产零件,或与材料供应商直接联系。工程师将根据报价为用户提供相应的报价,随后用户可以通过数字方式下单并将材料发送至指定位置。 Alstom的创新经理兼3D打印工程师Mathilde Lepilliez在评价该平台时表示:“得益于Replique的支持,我们能够迅速、高效地找到符合要求的材料。这个材料中心将成为我们日常开发3D打印项目的重要工具。” 虽然Replique迄今为止一直专注于聚合物,但该公司还计划添加金属材料 建筑3D打印、3D打印医疗模型、三维扫描、抄数、逆向建模、web数字博物馆,您有任何相关需求,都可以联系成都小火箭,西南专业的3D打印服务商,成都3D打印中心。

BAM 继续开展3D 打印高温合金燃气轮机叶片研究

2024年3月24,获悉,联邦材料研究与测试研究所 (BAM) 将在沃纳-冯-西门子工业与科学 eV 中心 (WvSC) 将继续开展高效燃气轮机研究项目,为期两年。这些项目由柏林州和欧盟资助,旨在优化燃气轮机叶片的维护、维修和开发过程,并开发可持续的增材制造解决方案。 燃气轮机在能源生产中发挥着至关重要的作用。它们的效率和可持续性非常重要,因为如果产生相同数量的能源需要更少的燃料,那么温室气体排放就会减少。当前的挑战,例如由于腐蚀和恶劣的工作条件而导致的涡轮叶片磨损,需要创新的解决方案。这些项目旨在利用最先进的增材制造工艺和数字解决方案来提高燃气轮机制造的生产率和性能,提高材料的可重复使用性,并挖掘以前未开发的潜力。 人机交互与人工智能 MRO 2.0项目专注于优化燃气轮机叶片的修复流程。该团队正在开发自动化和数字化的翻新流程链,以实现高效燃气轮机的升级。目标是实现涡轮叶片维修过程的自动化和数字化。虽然用于评估涡轮叶片状况以及增材修复工艺的演示器和系统是在项目第一阶段开发的,但项目第二阶段的重点是将研究结果转化为部署。除了技术问题外,还将审查职业心理学的各个方面,例如对新工作流程和流程的接受程度。 在该项目中,BAM 团队主要关注确定残余壁厚和评估近表面损伤的新测试方法。它们可以精确分析用过的涡轮叶片的状况,以便启动适当的修复步骤。增材制造技术用于修复,BAM 开发、评估和鉴定合适的工艺,例如电弧增材制造,其中以有针对性的方式应用附加材料,例如替换操作期间移除的材料。 科学家们还在开发整个过程的数字双胞胎。在人工智能算法的帮助下,他们不断分析有关运行条件和使用中涡轮叶片行为的数据。这使他们能够预测组件的剩余使用寿命,主动规划维护措施,并最大限度地减少停机时间。 十个合作伙伴参与了该项目,包括西门子能源公司、几个弗劳恩霍夫研究所和柏林工业大学。 适用于高温应用的可持续增材制造 HTA 2.0 项目正在为大型燃气轮机的高温部件开发可持续的增材制造工艺和组件。它建立在第一个资助期的成功成果的基础上,其中粉末床激光束熔化技术来加工复杂的高温合金部件,并开发了有效的过程监控技术。这将使将来能够在过程中检测到组件缺陷。 在当前项目中,重点是更快、更高效的流程。增材制造工艺正在可持续产品开发的背景下进行评估,以便为燃气轮机高工作温度领域实现更经济、更环保的组件解决方案。例如,正在研究增材制造部件的各种后处理方法,并尽可能实现自动化,以取代当今仍然需要的手动且耗时的处理步骤。 中心研究重点是提高增材工艺原材料的可重复使用性并减少材料浪费。为此,正在制定和测试回收策略,以回收来自错误施工工艺和支撑结构的废物中的废粉末和固结固体材料。这样,就可以减少高昂的材料成本和环境污染。整体生命周期分析评估经济和生态影响。 该项目包括来自科研机构、大型企业和多家中小企业的 11 家合作伙伴。BAM 正在贡献其在综合材料表征、增材制造工艺、工艺监控和部件检查以及高温下材料行为测定方面的专业知识 建筑3D打印、3D打印医疗模型、三维扫描、抄数、逆向建模、web数字博物馆,您有任何相关需求,都可以联系成都小火箭,西南专业的3D打印服务商,成都3D打印中心。

Sidus Space在45天内制造3D打印卫星LizzieSat,已建立双向通信

2024年3月,获悉,Sidus Space已与其3D打印的LizzieSat卫星建立了双向通信,LizzieSat卫星专注于以地理空间人工智能 (Geo-AI) 为基础的地球观测和遥感解决方案。 Sidus Space公司利用MarkForged X7打印机和阻燃OnyxFR-A材料制造LizzieSat卫星的结构支撑组件,能够制造具有金属般强度的结构,同时降低了成本、重量和生产时间,使公司能够及时和经济地满足客户的需求。Sidus 还将在2024年底前发射另外两颗 LizzieSats。 LizzieSat多用途卫星是为了迎合当今数据驱动、基于云和互联的世界中商业和政府的需求而创建的。平台打算利用从静态和低频的卫星成像和地理空间解决方案到实时地理空间情报的转变(现在更多的是按需获取)。 △LizzieSat的早期原型 包括打印和组装在内,Sidus Space 可以在 45 天内制造出卫星。这些卫星能够集成多个传感器,推动同步数据收集过程,以支持农业、海事、石油和天然气以及其他行业。传感器和接收器应用了高光谱、多光谱、自动识别系统 (AIS) 和光学技术。此外,卫星还配备了 Sidus 的机载 FeatherEdge AI 硬件和软件解决方案,可对图像和传感器数据进行近实时、可操作的智能处理。 Sidus 首席执行官兼创始人 Carol Craig 评论道:“Sidus 最先进的 LizzieSats 是我们数据服务业务模式的核心。可以说,在构建卫星、收集数据以及向客户销售数据过程中,Sidus具有极大的优势。这是因为Sidus已经将快速 3D 打印生产流程、多传感器同步数据收集以及在轨人工智能进行了结合。” Sidus 的专业知识现已超越传统卫星制造制造商,未来,可以为更广泛的客户提供创新工程和增材制造服务。在成功使用Onyx尼龙3D打印材料构建LizzieSat的基础上,Sidus Space正致力于将其能力扩展到更大的市场中,公司提供了一个用于存储零件的“数字仓库”数据库,让更多客户能够轻松打印制造商认可的数字零件。客户可以选择直接打印和交付零件,也可以选择从Sidus Space的3D模型数字仓库进行打印。 建筑3D打印、3D打印医疗模型、三维扫描、抄数、逆向建模、web数字博物馆,您有任何相关需求,都可以联系成都小火箭,西南专业的3D打印服务商,成都3D打印中心。

AMS购买 Nikon(尼康)SLM 280 第二代金属3D打印机,开发高价值循环经济材料

2024年3月,获悉,Additive Manufacturing Solutions (AMS) 购买了Nikon(尼康) SLM Solutions  SLM 280 2.0 系统。这项战略投资由 Nikon SLM Solutions 的英国合作伙伴Kingsbury推动,将增强 AMS 生产先进材料和新型合金的能力。新设备和 AMS 团队将得到Additure的进一步支持,Additure 是 Kingsbury 集团的一个部门,致力于加速金属增材制造技术的采用。 AMS 正在利用回收零件开发和制造用于增材制造的金属粉末,开发高价值循环经济材料,该方法将依赖于 SLM 280 2.0 系统的功能,这台机器的加入预计将对 AMS 的生产效率产生重大影响,支持其在英国赛车运动、国防、航空航天和太空市场的发展。 AMS 首席执行官 Robert Higham 评论道:“通过将 SLM 280 2.0 集成到我们的运营中,我们准备彻底改变增材制造行业的材料和工艺能力,这一进步与AMS开创性的增材制造学院相结合,旨在提供增材制造方面的实践经验和突破性培训。” 尼康 SLM 解决方案 CCO Charlie 补充道:“AMS购买SLM 280 2.0机器标志着增材制造领域的一个重要里程碑。他们整合 Dyndrite 尖端刀具路径技术的远见体现了生产创新和精度的前瞻性方法。在尼康 SLM 解决方案,我们为能够为 AMS 等合作伙伴提供支持而感到自豪,他们不仅提高了自身能力,还塑造了可持续、高效制造的未来” △SLM 280应用实例——整体式推力室 Kingsbury …

AMS购买 Nikon(尼康)SLM 280 第二代金属3D打印机,开发高价值循环经济材料 Read More »

基于激光的块状金属玻璃增材制造在生物医学中的应用

来源:高能束加工技术 由于对低模量和低成本植入物的迫切需求,非常需要开发具有骨整合和患者定制植入物制造技术的新型生物材料。金属生物材料,包括不锈钢、Co-Cr、纯钛及其合金、纯锆及其合金,最常用于制造假体,特别是用于修复或置换病变骨。金属植入物最常用于修复/置换硬组织,如髋关节、固定装置、牙科植入物、心血管支架、螺钉和接骨板。这是由于它们具有出色的抗疲劳和承载能力。但是这些材料具有机械不相容的骨弹性模量、耐蚀性差、耐磨性差等问题。而金属玻璃的非晶性质赋予他们独特的物理和机械性能,如高强度、良好的耐腐蚀性和耐磨性和接近骨的弹性模量,因此十分适用于生物医学领域。 与传统的大块金属玻璃(BMG)制造方法相比,激光增材制造技术的优势不仅在于制造大于临界铸件尺寸的BMG,还在于制造复杂的几何形状和患者特定的几何形状。此外,激光增材制造技术不需要模具预生产和零件特定的模具成本。因此,它具有成本效益,并有望成为工业的潜在BMG制造方法,尤其是生物医学部件的制造。图1为激光增材制造技术在生物医学领域的应用。 图1.激光增材制造技术在生物医学领域的应用激光增材制造制备的BMG的断裂韧性BMG通常被称为准脆性材料,比天然(氧化物)玻璃更坚韧。BMG的断裂韧性因BMG类型而异,取决于合金组合、加工技术和所用测试类型。一些BMG的韧性与Ti合金相当,而有些则像硅酸盐玻璃一样高度脆。比较激光增材制造和铸造制备的BMG的应力-应变曲线,如图2a所示。 图2.(a)激光增材制造制备的BMG应力-应变曲线和断裂平面与铸件BMGs的比较;(b)激光增材制造制备的BMG的不同结晶分数和孔隙率下的断裂韧性激光增材制造过程中涉及的加热导致在热影响区(HAZ)中形成脆性金属间层,这使得该技术制备的BMG比铸造的BMG更脆。在BMG基体中引入坚韧相以形成BMG复合材料和控制BMG的激光增材制造过程中的缺陷,如微孔隙率和结晶分数(图2(b))可以有效改善脆性问题。 激光增材制造制备的BMG的断裂韧性BMG与目前使用的结晶金属合金(如Ti6Al4V)相比,它们具有高强度、相对较低的弹性模量、良好的生物相容性、高抗破坏性和良好的耐腐蚀性等优异性能。在模拟体液中观察到激光增材制造制备的BMG的耐磨性高于Ti6Al4AV合金(图3(a))。对激光增材制造制备的BMG进行了体外生物相容性研究,并将结果与铸件BMG和Ti6Al4V合金进行了比较。如图3(b)所示,在96个孔板中接种的MG63细胞显示出更高的增殖,因此在激光增材制造制备的BMG上具有更好的生长曲线。与316L不锈钢相比,在SAOS2细胞中接种的各种类型的激光增材制造制备的铁基BMG显示出更高的细胞活力(图3(c))。这证实了与结晶合金相比,激光增材制造制备的BMG具有良好的生物相容性和生物安全性。与结晶Ti6Al4V相比,在激光增材制造制备的BMG上培养的A375细胞分布密集,在激光增材制造制备的BMG上分布得更好(图4(a-c))。使用MC3T3-E1电池在激光增材制造制备的Zr基BMG、铸态Zr基BMG和Ti6Al4V基材上进行的粘附测试显示,第7天后每种材料表面都有致密层。这证实了激光增材制造制备的BMG 对成骨细胞生长和粘附的支持,可与商业级Ti合金相媲美(图5)。 图3.(a)激光增材制造制备的BMG与Ti6Al4V合金的耐磨性比较;(b)激光增材制造制备的BMG与Ti6Al4V合金的细胞毒性测试;(c)激光增材制造制备的BMG与316l不锈钢的生物相容性测试 图4.细胞形态显示(a)对照组(b)3D打印BMG和(c)Ti6Al4V合金接种24小时的细胞分布和密度 图5.SEM显微照片显示MC3T3-E1细胞在激光增材制造制备的Zr基BMG、铸件Zr基BMG、Ti-6Al-4V合金和对照基板表面上的粘附和增殖主要结论如今,激光增材制造在制造复杂的几何形状、具有成本效益和患者特定的植入物方面发挥了重要作用。在激光增材制造制备的BMG植入物满足临床要求并满足广泛接受性之前,需要解决许多挑战。最常见的挑战是部分结晶,这会改变BMG的初始特性,未设计的孔隙形成,这会降低BMG的质量,以及微裂纹,这些裂纹从孔隙中传播并导致随后的植入失败。为进一步满足各种临床需求,未来对激光增材制造的研究应集中在工艺参数优化、激光增材制造加工BMG组分的后处理、BMG复合材料的激光增材制造、开发具有高玻璃成型能力的生物相容性合金和残余应力控制等方面。当前面临的挑战和未来的研究趋势如图6所示。 图6.当前面临的挑战和未来的研究趋势 建筑3D打印、3D打印医疗模型、三维扫描、抄数、逆向建模、web数字博物馆,您有任何相关需求,都可以联系成都小火箭,西南专业的3D打印服务商,成都3D打印中心。

世界上第一个由3D打印机开发的高分辨率大脑模型

2024年3月22日,获悉,维也纳工业大学和维也纳医科大学联合开发出世界上第一个3D打印的“大脑模型”。这些模型利用先进的双光子聚合(2PP)技术,能够精确再现大脑的微观结构,包括神经细胞网络和微通道。这些模型对于改进dMRI(弥散磁共振成像)分析软件具有重要意义,有助于更准确地重建大脑的神经结构,从而为神经退行性疾病的手术和研究规划提供支持。 △相关研究成果已在《先进材料技术》杂志上发表,题目为“打印大脑: 用于核磁共振成像的微观结构地面真实模型”(传送门)技术研发背景 该研究团队证实,这些3D打印的大脑模型可用于推动对阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症等神经退行性疾病的研究。 MRI是一种广泛应用的诊断成像技术,主要用于大脑检查。通过MRI,可以检查大脑的结构和功能,而无需使用电离辐射。在MRI的特殊变体——弥散加权成像MRI(dMRI)中,可以确定大脑中神经纤维的方向。然而,在神经纤维束的交叉点处,由于不同方向的神经纤维重叠,因此很难正确确定神经纤维的方向。 △可定制的模型支架效果图。该组件由一个较大的球壳(粉色)组成,可以将一系列较小的胶囊插入其中(绿色)。该层可轻松定制,以改变胶囊的数量和位置(红色/蓝色),尽管只显示了这些层中的一层,但可以根据需要插入更多层作为核磁共振成像专家的维也纳医科大学研究人员,与维也纳工业大学的3D打印专家密切合作,同时也与苏黎世大学和汉堡大学医学中心的同事合作。2017年,维也纳工业大学开发了一种双光子聚合打印机,实现了升级打印。这项技术专利构成了目前开发出的脑部模型的基础。 从外观上看,这个模型比真实的大脑要小的多,形状是一个立方体。其内部充满微通道,大小与单个颅神经相当,但这些通道的直径比人的头发丝还要细五倍。 △升级、设计优化和验证为了模仿大脑中精细的神经细胞网络,第一作者Michael Woletz(维也纳医科大学医学物理和生物医学工程中心)和Franziska Chalupa-Gantner(维也纳工业大学3D打印和生物制造研究小组)领导的研究小组使用了一种相当不寻常的3D打印方法:双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米级的微结构,而不是打印立方毫米级的三维结构。 该团队表示,之前也有报道使用3D打印方法创建大脑模型,但他们大多采用低得多的打印分辨率,导致通道直径更大,更适合模仿肌肉微观结构。为此,维也纳研究人员利用各种技术提升了双光子聚合打印工艺的速度,使其能够制造出整体尺寸为几毫米的结构,同时保持高数量和高密度微通道,适合模拟较大的轴突。 Michael Woletz把这种方法比作提高dMRI的诊断能力和手机摄像头的工作方式。:“我们看到,手机相机在摄影方面取得的最大进步,但不一定是新的、更好的镜头,而是改善拍摄图像的软件。所以,情况与dMRI类似。使用新开发的大脑模型,我们可以更精确地调整分析软件,从而提高测量数据的质量并更准确地重建大脑的神经结构。” △模型设计和验证大脑模型训练分析软件 因此,对于“训练”dMRI分析软件来说,真实再现大脑中特征神经结构至关重要。使用3D打印使得创建可修改和定制的多样化且复杂的设计成为可能。因此,大脑模型描绘了大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域,例如交叉的神经通路。 为了校准分析软件,使用dMRI检查大脑模型,并像在真实大脑中一样分析测量数据。借助3D打印,可以精确了解模型的设计,并且可以检查分析结果。维也纳工业大学和维也纳医科大学能够证明这是联合研究工作的一部分。 △双光子聚合3D打印技术原理示意尽管已经进行了概念验证,但该团队仍然面临挑战。目前最大的挑战是扩大该方法的规模。Chalupa-Gantner解释道:“双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围的细节成为可能,因此非常适合脑神经成像。然而,与此同时,使用这种技术打印几个立方厘米大小的立方体需要相应较长的时间。因此,我们不仅致力于开发更复杂的设计,而且还进一步优化打印过程本身。” 建筑3D打印、3D打印医疗模型、三维扫描、抄数、逆向建模、web数字博物馆,您有任何相关需求,都可以联系成都小火箭,西南专业的3D打印服务商,成都3D打印中心。

3D打印Mg2+持续释放压电支架通过促进神经和血管生成分化以增强骨再生

供稿人:张益涵、王玲供稿单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室来源:中国机械工程学会增材制造技术(3D打印)分会 天然骨是由有机和无机成分组成的复合组织,表现出压电性。白磷钙石(WH)是一种天然的含镁磷酸钙,由于其烧结处理后具有独特的压电性能和镁离子(Mg 2+)的持续释放,近年来在骨形成方面引起了人们的极大关注。 北京化工大学有机复合材料国家重点实验室蔡晴教授团队提出了第一个具有持续Mg 2+释放的仿生压电支架的例子。通过熔融挤出成形(FDM)方式制备压电WH(PWH)和聚己内酯(PCL)组成的复合支架(表示为PWH支架),如图1所示。该支架满足神经血管化骨组织再生的生理需求,即在缺损部位提供内源性电场。同时,WH支架中Mg 2+的持续释放显示出多种生物活性,与压电效应在抑制破骨细胞活化、促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)向神经、血管和成骨方向分化方面表现出较强的协同效应。 图1 骨特异性电活性含PWH的有机-无机复合支架的设计的示意图PWH NP和PWH复合支架的制备和表征如图2所示,为了比较,该团队打印非电活性PCL、PCL/WH(为了简化,表示为WH scaff fold)和PCL/β-TCP(β-磷酸三钙,为了简化,表示为β-TCP支架)支架。压电PWH NP在再生骨组织方面显示出优于WH NP和β-TCP NP的优势,WH的支架都表现出Mg和Ca离子的持续释放长达21天。上述结果共同证明PWH支架具有上级的压电性和生物活性离子的持续释放,这有望有利于骨再生。 图2        (A)基于PWH NP的3D打印复合支架的制造过程图(B)WH NP的代表性SEM图像 (C)各种复合膜的CV曲线(D)AC阻抗曲线(±表示退火与否)(E)退火处理(650 ℃,3小时)前后WH NP的XRD图和(F)FTIR光谱图 (G)各种支架的压缩应力-应变曲线 (H)PWH和WH支架的Mg 2+和Ca 2+释放曲线 (I)3D打印PWH支架的照片 (J)代表性SEM和P、Ca和Mg元素映射图像部分细胞实验及动物实验过程及结果如图3所示。综合体外实验的总体结果充分证明,PWH支架可以促进神经元分化,增强血管生成,抑制破骨细胞,从而增强骨再生。此外,与 WH 支架(即缺乏电活性)和 β-TCP 支架(即缺乏电活性和 Mg2+ 供应)相比,这些特征使得 PWH 支架在修复大鼠颅骨缺损方面表现得更好。源自 PWH 支架的 Mg2+ 和压电的协同效应可以显着促进神经发生和血管生成,从而增强骨生成。因此,我们预计这种骨特异性仿生支架可以为骨再生提供一种有前途的策略,这可以极大地拓宽WH/PWH在再生医学中的应用。 图3 (A)RT-PCR评价骨髓间充质干细胞神经源性和血管源性分化的实验过程示意图 (B)SD大鼠颅骨缺损模型建立以及通过促进神经发生和血管生成来增强骨再生机制 (C)CAM测试实验示意图 (D)支架及注射支架提取物刺激的血管生成可视化图像 (E)大鼠头骨的重建 3D 显微 CT 图像参考文献:WANG L Y, PANG …

3D打印Mg2+持续释放压电支架通过促进神经和血管生成分化以增强骨再生 Read More »