Детальное руководство по окраске SLA моделей

Применение в медицине

Чтобы лучше понимать физиологические особенности предметов диагностики, профессионалы в области здравоохранения прибегают к использованию различных инструментов визуализации. Сканнеры и инструменты экранной визуализации используют 2D и 3D графику, которой можно управлять в режиме реального времени. Все это ведёт к трансформации врачебной деятельности. Несмотря на важность экранной визуализации для медицинской практики, она имеет свои ограничения.

Согласно исследованию журнала Annals of Oncology, заключения, сделанные на основании диагностической визуализации одного и того же объекта, выполненной различными центрами, могут различаться из-за вариативности техник или интерпретациях. К другим ограничениям относятся визуальный шум и статистические расхождения, которые влияют на результат визуализации. Для повышения точности исследований команды-новаторы постепенно склоняются к 3D-печати и окрашиванию 3D-моделей, созданных на SLA 3D-принтерах, и используют их в качестве дополнения к техникам диагностической визуализации.

Рентгенологи, хирурги и специалисты биомедицины всё чаще прибегают к 3D-печати для создания анатомических моделей. Данные 3D-модели используются в процессе диагностики, а также служат в качестве обучающих элементов для пациентов. Всё это определяет важность высокого уровня техник предварительной обработки и постобработки готовых анатомических моделей.

В этой статье даны поэтапные рекомендации по окрашиванию SLA-моделей медицинского назначения. Мы также рассмотрим различные техники окрашивания для разных типов практического использования и покажем, как добиться наилучшего результата.

Четыре способа покрасить SLA 3D-модели

Несмотря на то, что SLA 3D-печать  известна высоким уровнем точности, она имеет тщательно задокументированные ограничения при печати одного изделия в разных цветах. При использовании Color Kit напечатать изделие в одном непрозрачном цвете довольно просто. Однако не существует разноцветной техники SLA 3D-печати. Первичная стоимость цветных принтеров PolyJet обычно превышает сотню тысяч долларов, без учёта расходов на техническое обслуживание и ремонт. Можно воспользоваться услугами по печати такого изделия, однако, учитывая текущую стоимость материалов, это также может обойтись в тысячи долларов за штуку. Пользуясь рекомендациями ниже, вы можете интегрировать 3D-принтер Formlabs в свой производственный процесс для создания разноцветных моделей с высоким уровнем детализации для медицинских целей.

Печать с использованием окрашенного фотополимера

Прозрачный фотополимер Clear Resin, смешанный с печатной краской на спиртовой основе

В данном пункте рассмотрим создание прозрачного изделия с использованием фотополимера Clear Resin и печатной краски на спиртовой основе. Смешайте печатную краску на спиртовой основе выбранного цвета с Clear Resin для получения желаемого оттенка. Краска на спиртовой основе полностью растворяется в Clear Resin, превращаясь в идеальный пигмент, который сохранит ровный цвет на протяжении всей 3D-печати. Для этого вам понадобятся:

• 10 мл печатной краски на спиртовой основе
• 1 литр Clear Resin
• Шприц
• Защитные перчатки

Отмерьте шприцем 10 мл краски, затем введите пигмент в открытую верхнюю часть картриджа Clear Resin (1л). Тщательно встряхните контейнер в течение двух минут, чтобы краска полностью перемешалась с фотополимером. Можно вылить небольшое количество материала из картриджа, чтобы убедиться в том, что краска полностью размешалась.

Дальнейшие действия не отличаются от обычного процесса 3D-печати. Вставьте новый картридж с замешанным полимером и новую ванну в 3D-принтер Formlabs. Убедитесь, что параметры настроены на 3D-печать с использованием Clear Resin, загрузите модель для печати и запустите процесс. Воспользуйтесь устройствами для промывки Form Wash и дополнительного отверждения моделей Form Cure согласно инструкциям по работе с прозрачным фотополимером.

Варианты использования: 3D-печать отдельных элементов для последующей сборки общей модели, печать отдельных органов, отдельных сосудов.
Достоинства: Простая подготовка, равномерно окрашенные изделия, никакой дополнительной пост-обработки.
Недостатки: Использование всего литра фотополимера для окраски, окрашенный полимер в устройстве очистки Form Wash, печать в едином цвете.
Сообщаем, что добавление любой другой субстанции в полимер может увеличить вероятность наступления поломки. Это также влечёт за собой снятие гарантии на принтер в случае возникновения неисправности в результате использования такого материала.
Мы не рекомендуем окрашивать полимеры Elastic Resin или Flexible Resin из-за общей сложности печати изделий с использованием данных материалов. В случае, если необходимо покрасить изделия из фотополимеров Elastic Resin или Flexible Resin, следуйте рекомендациям ниже.

Покраска напечатанных SLA моделей

Изделия из фотополимера Elastic Resin и Clear Resin после погружения в печатную краску на спиртовой основе с раствором изопропилового спирта. Источник: Модель аневризма почечной артерии, Доктор медицинских наук Аниш Годадра, госпиталь Yale New Haven, США

Если вы не хотите замешивать материал для печати партии изделий, но всё же хотите покрасить готовые 3D-модели, возможен вариант окрашивания уже напечатанных изделий. Просто окуните участки изделия в растворы различных цветов для получения разноцветной модели. Для окрашивания готовых 3D-моделей понадобятся:

• Модель, распечатанная из фотополимеров Clear, Elastic 50A или Flexible 80A
• 10 мл печатной краски на спиртовой основе: 1 л раствора изопропилового спирта для легкого цветного оттенка
• 20 мл печатной краски на спиртовой основе: 1 л раствора изопропилового спирта для более насыщенного цвета
• Комплект аксессуаров Formlabs Finish Kit
• Защитные перчатки

Воспользуйтесь устройством очистки Form Wash в соответствии с рекомендациями к материалу, из которого выполнено изделие. Пока изделие проходит очистку, отмерьте количество печатной краски и раствора изопропилового спирта в пропорциях (краска : раствор) 1:100 или 2:100 в зависимости от желаемой степени насыщенности цвета. Убедитесь, что полученного раствора достаточно для полного покрытия нужного участка в Finish Kit. Погрузите соответствующую часть изделия в раствор на 10 минут. (Проверено: увеличенное время погружения в 20 или 30 минут не влияет конечный цвет окрашенных участков.) Извлеките изделие из раствора и оставьте до полного высыхания. Затем воспользуйтесь Form Cure. Отверждение изделия не приводит к дальнейшему изменению цвета. Рекомендуем не удалять поддерживающие элементы на модели до завершения всех манипуляций. Это поможет сохранить прочность конструкции изделия и не позволит ему искривиться в процессе отверждения.

Варианты использования: Окраска отдельных элементов для последующей сборки общей модели, окраска отдельных органов, окраска отдельных сосудов.

Достоинства: Возможность покрасить несколько изделий одновременно, отсутствие краски в устройстве очистки Form Wash, отсутствие необходимости расходовать полный картридж полимера.

Недостатки: Слегка «грязный» процесс.

Покраска модели акриловой краской

Полностью раскрашенная модель поджелудочной железы, создана USF Health, США

Изделиям со сложными формами и деталями можно придать цвет только путём непосредственного нанесения краски на готовую модель. Этот процесс является более трудоёмким, а его результат зависит от ваших способностей к росписи. Однако это также дает автору и творческую свободу в действиях. Использование высоко детализированных раскрашенных моделей идеально подходит для традиционных образовательных программ, где можно легко рассмотреть каждый сосуд, покрашенный в отдельный цвет.
Нанесение грунтовки может привести к сглаживанию детализированных элементов на более мелких частях 3D-модели, поэтому рекомендуется использовать многокомпонентную акриловую краску, так как она способна держаться на непористом материале, аналогичном полимеру.
Для покраски SLA моделей понадобятся:

• Многокомпонентная акриловая краска, подходящая для разных видов материалов
• Мягкие щётки, пульверизатор или аэрозольный баллончик
• Перчатки и маска

Для покраски с использованием акриловой краски, выполните шаги ниже:

1. После завершения пост-обработки, удаления поддержек и очищения модели от пыли, зафиксируйте модель для начала покраски.
2. Равномерно нанесите первый слой краски на поверхность модели любым удобным для вас способом. Рекомендуется использовать пульверизаторы или аэрозольные баллончики.
3. При необходимости нанесите последующие слои в соответствии с инструкцией производителя.
4. Нанесение краски предполагает возможность использовать любое количество цветов. Для получения разноцветного изделия используйте малярный скотч, чтобы оставить открытой конкретную зону для покрытия краской определенного цвета. Это позволит создать чётко выраженные линии даже при использовании аэрозольных баллончиков и пульверизаторов.

Совет: Для получения глянцевой или матовой поверхности необходимо нанести на 3D-модель ровный слой прозрачного или матового лака, когда покраска будет завершена.

Варианты использования: Сложные медицинские модели, модели с внешними деталями, составные модели.

Достоинства: Возможность наносить желаемый цвет на конкретный участок.

Недостатки: Результат зависит от художественного мастерства, подходит только для изделий с внешними деталями.

Покраска пустотелых изделий

При необходимости выделить цветом внутренний рельеф полой модели, воспользуйтесь следующим методом окрашивания: Можно придать цвет распечатанным полым моделям сосудов, опухолей или других изделий для более наглядной демонстрации внутренних особенностей моделируемых объектов.

Процесс состоит из формирования полости в местах, где требуется покрасить модель, и введения краски выбранного цвета внутрь образовавшейся пустоты. В результате модель выглядит реалистично. Для реализации данной техники перед началом постобработки необходимо определиться с некоторыми структурными особенностями изделия.

При помощи ПО для моделирования сделайте полости в нужных частях изделия таким образом, чтобы иметь достаточный диаметр отверстия для ввода краски в полость. Во избежание появления воздушных пузырьков при покраске полостей сложной структуры может потребоваться предусмотреть несколько отверстий. Выполните печать и постобработку привычным образом. Убедитесь, что в полостях отсутствуют остатки полимера и изопропилового спирта.

В дополнение к полой перфорированной 3D-модели потребуются:

• Многокомпонентная акриловая краска, подходящая для разных видов материалов
• Шприц или пипетка
• Перчатки

Теперь можно приступать к покраске SLA модели:

1. Держите изделие таким образом, чтобы краска проникла во все необходимые полости.
2. С помощью шприца или пипетки введите краску в полость, заполняя её полностью или частично. При частичном заполнении краской следует встряхнуть изделие, чтобы окрасить внутренние стенки до желаемого уровня. (Для покраски небольших полостей необходимо разбавить краску небольшим количеством воды перед введением).
3. После этого дайте остаткам краски стечь из полости и оставьте изделие сохнуть в соответствии с инструкциями к используемой краске.
4. После высыхания изделия выполните чистовую обработку изделия для получения желаемой поверхности.

Варианты использования: Моделирование сосудов, опухолей и других внутренних особенностей объекта.

Достоинства: Наглядность в демонстрации внутренних деталей на моделях из прозрачного фотополимера Clear Resin.

Недостатки: Достаточно сложная процедура.