3D打印可实现一次性批量生产牙夹板、助听器,甚至是植入物

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2021年3月16日消息,来自汉诺威和阿亨德的德国科学家开发了一款用于自动监控增材制造中印刷质量的应用程序。


3D打印可实现一次性批量生产牙夹板、助听器,甚至是植入物


3D打印可实现一次性的批量生产,这意味着没有产品是相同的,因为每个零件都是为客户量身定制的。除其他外,这对于医疗技术领域很有趣。增材制造的牙夹板、助听器甚至植入物,而且可以完美地适应每个患者的身体,并且仍然可以经济高效地生产。但是,公司面临的挑战之一是质量保证。个性化医疗设备必须遵守严格的安全要求。制造商必须能够保证组件中没有看不见的裂缝或气孔,并且达到了几何要求和所需的材料性能。


生产越个性化,质量保证就越困难。对于大批量生产的产品,通常可以对一些随机选择的产品进行质量测试,以便能够得出整个批次的结论。单项产品无法做到这一点。在这里,必须仔细检查每个组件以确保质量。


汉诺威工业大学(IPH)和亚琛工业大学机床与生产工程实验室(WZL)的科学家共同开展的一项新研究项目的目标是在生产过程中检测患者专用3D打印产品中可能存在的缺陷。


3D打印可实现一次性批量生产牙夹板、助听器,甚至是植入物


研究人员希望为工业3D打印机配备传感器技术,以无缝监控打印过程。传感器数据将通过质量模型在使用人工智能的应用程序中进行评估,以可靠地检测生产错误。IPH和WZL的科学家主要关注医疗技术,因为在这个行业中,产品的个性化程度和相关的质量要求特别高,并且在批准过程中必须提供质量保证体系的证明。在研究项目中,IPH负责传感器技术和数据收集,而WZL负责创建质量模型并对应用程序进行编程。


3D打印的质量受许多因素影响:所用材料的类型,环境温度,灯丝熔化的温度,打印速度,打印头的振动以及许多其他参数。IPH项目工程师Anne Rathje说:“增材制造工艺对外部影响非常敏感。” “我们的目标是在流程中提高安全性并避免错误。” 她说,尤其令人不安的是,一旦组件完成打印,许多错误就不再从外部可见。“例如,如果打印头在这之间短暂阻塞,然后继续正常打印,则以后将看不到它,” Rathje说。


对于该研究项目,IPH正在使用德国RepRap GmbH的X500PRO工业打印机。所使用的印刷材料是塑料丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS),具有相对较高的强度,但对温度非常敏感。


科学家们希望使用各种传感器来监视打印质量。可能的选择包括用于测量构建板或构建室的温度的传感器,可用于直接确定打印头温度的红外传感器,振动传感器和光学测量技术,IPH已在Quali3D研究项目中 对其进行了研究。


简而言之,声音信号,即录音,对于质量监控也很有用。例如,这些可用于确定打印头是否堵塞或系统中的细丝是否断裂。“您会听到的,”安妮·拉思(Anne Rathje)说。“但是,挑战在于以一种可以滤除环境噪声的方式来处理信号” –例如,3D打印机中电动机的旋转声,计算机的噪声或门被关上。为了区分重要声音和不重要声音,研究人员希望使用机器学习(一种人工智能形式)。通过使用尽可能多的录音来训练程序,它会越来越好地学习如何基于声音信号可靠地检测错误。


最终,目标是开发一个可自动评估所有传感器数据的应用程序。WZL的Anna-Lena Knott说:“我们的目标是减少3D打印质量保证方面的工作,并使非专业人员可以通过直观的应用程序监视打印。” 用户不必解释传感器数据-该应用程序监视整个打印过程,记录错误并提供有关打印质量的反馈。万一出现严重错误(可能使组件无法使用),该应用程序将停止打印过程并通知用户。然后可以调整打印设置,如有必要,可以请专业人员处理。


IPH和WZL在研究项目上与业界紧密合作。该项目咨询委员会包括来自医疗和牙科技术及其他行业的制造公司,以及3D打印机制造商。


该研究项目名为“基于传感器和应用程序的过程和产品质量验证,以减少对个人医疗设备(SAViour)的努力,”该研究项目将持续到2023年1月



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