FDM技术助力制造医学成像设备,实现快速迭代与定制化设计

复杂成像/ Complex Imaging

医学成像技术在诞生之初便备受瞩目,它的应用十分广泛,没有这项技术,很难想象现代医学技术将会是怎样的景象。

特别是核磁共振成像 (MRI),它可以显现在X光、超声波或CT扫描中无法看到的组织,同时避免了很多其他扫描中存在的有害辐射。它的工作原理是使用磁场和无线电波生成人体软组织和骨骼的详细图像。医学成像技术综合了物理学、工程学、数学、化学、生物学和医学。

在这项技术的激发下,2006年,Hiroyuki Fujita博士创立了Quality Electrodynamics, LLC (QED),一家专注于为设备制造商设计和制造MRI射频(RF)线圈技术的企业。

Fujita设计的第一款产品是定制化MRI线圈外壳,他需要快速制造原型来测试他的设计想法。Fujita了解了3D打印技术后,采购了一款 Fortus™ 3D生产系统,他相信增材技术能够加快产品上市速度。

QED迅速拿下了第一个客户——电子巨头东芝。随后,QED——这家集研发、制造和供应于一体的全球先进电子医疗设备供应商相继拿下了西门子和通用电气的业务。如今,QED的线圈业务已经拓展到用于临床和医学研究用的MRI扫描仪,包括超高磁场系统。

开拓视野/ Expanding the Vision

QED最初主要使用3D打印技术制作MRI线圈外壳,但很快便将3D打印的应用扩展到制作线圈内的机械结构。3D打印出的部件能够精确地固定电子件的位置。

“这些部件是线圈外壳内部的一个固定装置,”QED采购团队负责人Peter Byrnes说。“你可以想象成一个C形夹的螺栓,将它放在某物的边缘,然后向下拧紧,固定到位,以此引导电线沿特定路径运动。”

经FDM技术验证的设计

“这个系列的3D打印机给我们带来了极大的帮助,我们能够验证设计并在早期测试原型,来完成我们想要的设计。没有3D打印,四次设计迭代便需要数月时间。用机器制造一个部件需要三周的时间,而现在,我们只需要三天就可以完成。”

——Peter Byrnes

QED采购团队负责人

内部轨道脊椎线圈底座

用于线圈组装和测试的膝线圈夹具

QED还使用3D打印机来生产夹具和移动托盘,这些托盘在车间内运送零件,同时起到保护作用。“我们在内部打印了81种不同的生产夹具,”Byrnes表示。“我们可以在内部设计并打印制作,而不是外购那些不符合我们需求的标准化的塑料件。”Byrnes说,“3D打印的优势不单是迭代能力。从费用的角度去衡量,使用3D打印制造MRI外壳原型和夹具可节省15-75%的成本。如果不能在内部制作,成本将非常高昂,3D打印大大节省了我们的开支。”

QED目前仍在使用3D打印技术生产MRI线圈外壳,但主要用于满足那些独特的需求和设计。

“我们为一些特定客户制造非常用的医学研究线圈,需求量只有一个,”Byrnes说。“如果为这个产品开模,那成本将非常高昂。”

这些定制外壳内的夹具往往也是定制化的,通常需要尝试多次才能得到合适的零件。

“借助3D打印技术,从设计到零件完成只需要几日。而之前获得报价就需要一周,制造零件又需要一周,”Byrnes说。此外,一些使用率很高的MRI设备常常需要更换外壳。“当我们收到设备的时候,外壳便已经打印出来了,这非常有用。”

目前,QED已采购七台Fortus™ 3D打印机。“这个系列的3D打印机给我们带来了极大的帮助,我们能够验证设计并在早期测试原型,来完成我们想要的设计。”设计工程师Paul Taylor表示。

“没有3D打印,四次设计迭代便需要数月时间。用机器制造一个部件需要三周的时间,而现在,我们只需要三天就可以完成。”

——Peter Byrnes

QED采购团队负责人