SLS激光燒結技術用于高端放療系統的定制化零件快速制造

   前言

      放療系統的最主要組成部分是醫用電子直線加速器，它是利用微波電場對電子進行加速，產生高能射線，用于人類醫學實踐中的遠距離外照射放射治療活動的大型醫療設備，廣泛應用于各種腫瘤的治療，特別是深部腫瘤的治療。醫用電子直線加速器可以產生X輻射和（或）電子輻射束。高能X射線具有高穿透性、較低的皮膚劑量、較高的射線均勻度等特點，適用于治療深部腫瘤。電子束具有一定的射程特性，穿透能力較低，用來治療淺表腫瘤。醫用治療床是患者放療的載體，放療過程中要考慮床板對放射劑量的吸收影響，所以目前高端治療床板不再使用鋁合金材料，從而提高床板對X射線的透過率，降低衰減。

應用情況

      近期，某醫院在安裝Elekta醫科達放療系統時發現，其碳纖維醫治床iBeam evo拓展板一對連接件中的一只在運輸途中遺失了。該原裝連接件經過碳纖維CNC銑削工藝加工制成，用同樣的材料外協定制加工這個零件的成本預計超過2000元，而且因為疫情原因導致加工周期較長，沒有這個連接件又無法實現床板承托頭部的功能，設備調試和投入使用的進度預計可能會因此延誤超過2個月。另一方面，雖然鋁合金CNC加工的周期短、成本低，但會影響到治療床對X射線的透過率，進而影響整套設備的使用。

圖一：該醫院安裝中的放療系統和碳纖維治療床

圖二：未丟失的對側原裝連接件

      經過溝通，醫院最終決定與TPM3D盈普合作，采用三維掃描、逆向設計，和SLS激光燒結技術，利用尼龍材料快速定制這個連接件，在加快制作周期、降低制作成本的同時，不影響治療床對X射線的穿透率，保障設備投入運行進度。

      首先因為沒有模型數據，所以要利用對側的另外一只連接件，通過三維掃描和逆向設計獲得三維模型。因為這個件的結構相對簡單，所以掃描和逆向速度較快，在2個小時內就完成了數據準備。

圖三：經三維掃描和逆向設計后的數據

      得到了連接件的三維數據后，我們立刻安排了打印任務。經過對該連接件的使用要求評估，我們最終選擇了Precimid1172Pro BLK尼龍12材料打印，這是一款綜合性能優秀的黑色尼龍高分子材料，具備良好的機械強度和耐磨耐用性，可以滿足此應用場景下的使用要求，且材料復用率高經濟性好。打印的機型為盈普P360，打印速度快穩定性高，成型尺寸與生產效率兼顧。配合一站式零件粉體全性能處理工作站（PPS）可實現在線自動供粉，滿足連續生產和對環境友好的要求。

圖四：TPM3D盈普P360清潔生產解決方案

      打印冷卻清粉后，我們再對這個連接件進行了化學蒸汽平滑技術后處理，使零件表面更光滑，并提升其強度和耐久性?；瘜W蒸汽平滑技術利用專用化學溶劑，經氣化后對艙內的零部件進行熏蒸，將零件表面“撫平”，使表面光滑致密防水抗污。另外得益于零件表面粗糙度的降低，以及開裂點的消失，其韌性顯著提高更加耐用。

圖五：TPM 3D盈普在國內率先引入AMT化學蒸汽拋光技術

      經過數小時的打印與化學蒸汽平滑處理，我們最終在1天之內將滿足要求的數個連接件交付給醫院進行安裝使用和備件使用。

圖六：安裝中的SLS尼龍打印連接件

圖七：安裝中的SLS尼龍打印連接件

圖八：完成安裝的SLS打印連接件和拓展板

圖九：完成安裝的SLS打印連接件和拓展板

圖十：系統安裝調試完成準備使用

      考慮到該零件體積小且在實際加工過程中采用的是“拼鍋”的方式與其他訂單一起進行打印和熏拋處理，所以實際加工成本不到400元，另外從開始掃描到零件交付僅耗時1天，為醫院節省了金錢成本和大量的時間成本，使安裝調試工作得以盡快開展，保障了放療設備計劃投入使用的時間節點。再次驗證了SLS激光燒結技術非常適合小批量定制化最終零件的生產制造，并且具備快速響應、柔性化制造的能力。