论三维打印技术在医疗器械维修中的应用

赵松涛

摘  要：三维打印技术可以使传统制造技术不能做到的产品设计得以实现，并且能够制作出精巧度以及复杂度更高的产品结构。在医疗器械维修领域中，需要常常更换损坏的精密医疗零件及部件，但是因为部分零件及部件属于进口医疗器械，除了货源稀少之外，价格还较为高昂，在这些因素的作用下，导致医疗器械维修的成本以及难度大大增加。本文将三维打印技术在医疗器械维修中的应用作为主要研究对象，对三维打印技术及其具有的优势进行简单分析，介绍一些使用率较高的三维打印形式，同时分析探讨三维打印技术在医疗器械维修中的实际应用。

关键词：三维打印技术  医疗器械  维修  应用

中图分类号：TP391.4                        文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）05（c）-0048-03

Discussion on the application of three-dimensional printing technology in the maintenance of medical equipment

ZHAO  Songtao

（Heilongjiang Daqing Longnan Hospital Medical Equipment Management Center，Daqing， Heilongjiang Province， 163000  China）

Abstract： Three dimensional printing technology can realize the product design that traditional manufacturing technology can not do， and can produce a more exquisite and complex product structure. In the field of medical device maintenance， damaged precision medical parts and components often need to be replaced. However， because some parts and components belong to imported medical devices， in addition to scarce supply， the price is relatively high. Under the influence of these factors， the cost and difficulty of medical device maintenance are greatly increased. The following takes the application of 3D printing technology in medical device maintenance as the main research object， makes a simple analysis of 3D printing technology and its advantages， introduces some 3D printing forms with high utilization rate， and analyzes and discusses the practical application of 3D printing technology in medical device maintenance.

Key Words： 3D printing technology; Medical equipment; Maintenance; Application

1  三維打印技术及其优势介绍

三维打印机的基本工作原理和常规的打印机相差不大，其构成部分主要包括：打印耗材、打印控制组件以及机械组件等。但是传统打印只支持二维产品的打印，三维打印技术则可以打印出立体程度更高的三维产品。通常情况下，在开展三维打印之前，应当先在计算机上设计一个完整度较高的三维立体模型，完成设计工作之后，将其作为打印依据[1]，进行从3D模型至实物的打印输出操作。相较于传统制造业中的复杂流程，三维打印技术能够实现一次性打印成型，工作效率及工作质量更高。由此可知，利用三维打印技术可以使传统制造技术不能做到的产品设计得以实现，并且能够制作出精巧度以及复杂度更高的产品结构。

三维打印技术的优势如下：优势1，成本低;优势2，组装简易;优势3，材料组成灵活多变;优势4，设计空间更为广阔。

2  分析常见的三维打印形式

相较于传统的打印机，三维打印机最大的不同之处体现在原料输出上，传统打印机输入的材料为墨水，而三维打印机所输入的材料则是真实的产品原材料，其将这些产品原材料打印为一层层粘合材料[2]，从而形成一个立体化的产品。在三维打印中应用的材料种类较多，较为常见的主要包括下列4种：第一，陶瓷;第二，金属;第三，塑料;第四，橡胶。除此之外，部分三维打印机也可与不同的材料相结合，所打印出的产品性质也各有差异。

现阶段中，较为常见的三维打方式为下列4种。

第一，“激光烧结”三维打印成型形式。这一打印形式的特点为：将粉末微粒作为打印介质，借助喷头将其直接喷撒在铸模托盘上[3]，从而使模具表层逐渐生成一层薄粉末层，接着利用激光将其熔铸成所指定的形状，然后在喷头处会喷出一种液态粘合剂，继而达到材料固化成型的目的。

第二，“喷墨”形式。借助打印机喷头，将一层薄度极高的液态塑料物質喷涂在铸模托盘上，把其放置在紫外线环境之下，对其进行进一步的处理，然后将铸模托盘控制住，让其降低极小的一段距离，以此来保证下一层的打印材料可以持续堆叠，最终实现一个立体产品的打印堆叠。

第三，借助真空中的电子流，熔化粉末微粒，以此来使三维打印得以实现。但是对于部分复杂度较高的产品结构，例如，具有较为精密的孔洞的产品，在打印介质的过程中，应当注意添加适当的凝胶剂，以此来进一步提升材料成型的稳固性，一般而言，这部分粉末不会直接被熔铸，只要使用气流或者是水来冲洗支撑物即可形成相应的孔隙。

第四，“熔积成型”形式。这一打印形式一般是利用喷头来对部分熔化塑料进行喷射，接着利用沉积塑料纤维这一方法来堆叠形成一个较为立体的薄层[4]，继而达到制作立体产品的目的。

3  三维打印技术在医疗器械维修的应用

在医疗器械维修领域中，大多数需要进行维修的器械及设备本身并无太严重的问题，大多数设备均是由于一些较为精巧细小的零件及部件发生损害而致使设备发生故障或异常，部分原装零部件结构精巧度极高，且价格较为高昂、货源稀少，因此使得医疗器械的维修成本以及维修难度大大提升。针对这一问题，可将三维打印技术应用到医疗器械维修中，利用三维打印，可以快速生产维修工作中所需的零件及部件，继而使维修成本得到有效的降低，进一步提高维修效率及维修质量。所以，将三维打印技术应用到医疗器械维修领域中，并且提出一种三维建模技术，对损坏的零件及部件实施三维建模还原，并且将其打印为成品（图1为三维打印机）。

现阶段中，三维建模模型技术主要包括3种：第一，参数化建模技术;第二，有线框模型技术;第三，实体模型技术。在医疗器械维修中应用参数化设计，其能够使维修效率得到有效的提升。所以可对损毁的零部件实施参数化建模，以此得到相应零部件的三维数据[5]，为后期借助三维打印机打印提供一定的方便。对于三维医疗器械零部件的设计，必须具备一定的柔性，在模型设计完成之后，除了应当保证模型的实用性之外，还要可以快速重构，确保零部件信息具备一定的重复利用性。所以，在开展医疗器械零部件建模的过程中，适用性最高的技术即参数化建模技术。在开展参数化设计的时候，设计人员可以充分结合自身的设计理念及设计意图，在设计草图的初步勾画设计完成之后，通过计算机系统来构建设计对象中各个设计元素间应具有的约束关系，通过这样的方式来确保设计人员在更新草图参数信息的时候，系统可以实现信息自动同步更新，同时得到几何特征点的实际位置分布信息。

分析建模实践：在此次参数建模中，所使用的软件为Solid Works建模设计软件[6]，这一设计软件优点显著，主要包括：具有较高的兼容性以及简易方便。某进口品牌的注射泵零配件为此次建模的主要对象，在实际应用的时候，这一注射泵常常会由于使用人员操作不合理或者是其他因素而出现医疗器械损坏的情况，例如：由于摔落而致使注射泵的推杆活动卡槽出现断裂，从而在不同程度上影响注射泵的正常使用功能。为使注射泵活动卡槽断裂这一问题得到有效解决，接下来在与注射泵实际使用功能相结合的基础上，设计替代零配件的模型草图，同时使用游标卡尺来精确测量该模型的相关参数，利用Solid Works 建模设计软件实现零配件建模[7]。然后借助FDM三维打印技术来进行零配件的打印机制作，具体的操作过程如下。

第一，在设计好注射泵活动卡槽的三维模型之后，应当及时把所设计好的三维模型转换为STK格式，为后续三维打印机的识别提供方便。接着将注射泵推杆活动卡槽的三维模型载入上位机控制软件里，实现模型的切片制作。在切片之后，活动卡槽的三维模型会逐渐形成一层层堆积的2D平面，在每一个2D平面中均会存在较为显著的运行轨迹，从而为喷头识别开展喷图堆积打印提供一定的便利。

第二，对于已经完成建模的卡槽模型而言，还应当对其应力进行分析。比如，对于此次案例中的注射泵，可以利用FLUKE IDA 4 PLUS输液设备分析仪[8]，所测量的针管阻塞压强是500mmHg，借助压强来转化推杆压力，然后得到推杆压力是47N，在开展零配件的组装工作过程中，应当将卡槽模型的后端底面固定在注射泵上，所以，在进行应力分析工作的时候，应当将模型的后端底面作为固定面，同时将固定针管的卡槽作为受力面，在计算之后，发现推杆承受压强最大的位置在中段和后端的连接之处，压力值是82N。

第三，在应力分析工作完成之后，应当连接计算机和FDM三维打印机，接着把之前计算机所获得的切片 G-code代码传送到打印机的主控板中，由这一三维打印机来解析代码、读取代码，把其转化为相应的模型打印指令，将X轴、Y轴以及Z轴作为方向，对打印机进行联动控制，确保打印喷头可以根据所设定好的运行轨迹来开展打印工作。在这一过程中，应当把加热套的温度提升至230℃，利用挤丝电机来把固态ABS工程塑料丝挤进加热套里，让其快速熔化，同时从打印机的喷头里喷出来，根据指定的轨迹来开展堆叠打印工作，熔化的塑料丝会在一个较短的时间内堆积成型，在渐渐凝固的过程中紧密沾合，最后慢慢形成一个立体化的材料模型，实现零部件的打印及制作。

第四，在打印好零部件之后，取下打印好的模型，将其固定在后端底面，并且在卡槽位置施加82N推力，在这一过程中，发现卡槽无折断痕迹，提示所打印的零部件具有较为良好的质量，所以，在开展三维工作的时候，填充量只需30%就能达到实际打印的应力标准。

第五，把打印完成的零部件安装到注射泵中，尝试启动注射泵，发现无异常，可正常运行。

4  结语

总而言之，相较于传统的制作技术，三维打印制作成本更低、制造效率较高，在材料组合上具有一定的多样性及灵活性，对于医疗器械维修具有较高的适用性。其可以在短期内将所需的零部件打印出来，缩短维修等待时间，进一步提高医疗器械设备的维修质量及维修效率，应用前景较为广阔。

参考文献

[1] 韩浩.医疗器械维修管理中的问题及对策分析[J].科技风，2021（14）：179-180.

[2] 张仲恒.医学工程师在医疗器械维修工作中的作用[J].中国设备工程，2021（6）：62-63.

[3] 孙俊，孔令强.某三甲医院医疗设备租赁中心的精细化管理[J].医疗装备，2021，34（5）：73-74.

[4] 林益凯.医疗器械维修难点与现代化管理进展分析[J].中国设备工程，2021（5）：161-162.

[5] 解其芝，李桂芝.医院医疗器械维修问题及维修管理对策探讨[J].中国医疗器械信息，2020，26（22）：173-175.

[6] 梁昊.医疗器械维修领域三维打印技术的实践[J].设备管理与维修，2020（14）：133-134.

[7] 赵峰.互联网在医疗器械维修中的应用[J].现代经济信息，2019（23）：326.

[8] 谢庆贺.信息技术在医疗器械维修中的应用[J].信息记录材料，2018，19（4）：140-141.