Aditivní technologie v medicínských aplikacích

S fakultou strojní ČVUT v Praze, přesněji Ústavem mechaniky, biomechaniky a mechatroniky, nás pojí dlouhá historie. A to nejen proto, že je nám tato oblast blízká. Náš vztah započal již v roce 1998, kdy si fakulta strojní jako jedna z prvních pořídila 3D tiskárnu s technologií FDM

ČVUT rekonstrukce lebky upíra

Ústav se zaměřuje především na vzdělávání, zabývá se však i vědeckovýzkumnou činností v oblasti strojního inženýrství a biomechaniky člověka. Jedná se zejména o vývoj kloubních a cévních náhrad či náhrad skeletu člověka, výzkum tkání a orgánových struktur a vývoj materiálů pro náhrady. Výzkum a vývoj probíhá od návrhů a výpočtů až po testování mechanických vlastností.

Historie 3D tisku na ČVUT v Praze začala v roce 1998, kdy padlo rozhodnutí o pořízení první 3D tiskárny Stratasys FDM 1650 se stejnojmennou technologií FDM (Fused Deposition Modeling). Po devíti letech pak přibyla další 3D tiskárna Stratasys Prodigy Plus, kterou si v ústavu hýčkají již 14 let a stále s ní aktivně pracují. V roce 2018 pak bylo portfolio tiskáren doplněno o další dvě zařízení – Fortus 450mc s technologií FDMStratasys J750 s technologií PolyJet.

Pracovníci i studenti ústavu 3D tiskárny využívají především pro vizualizaci svých konstrukčních návrhů, vytvořených v CAD programu. Vyvíjí také zkušební a měřicí přípravky, pokud jim to dané materiálové vlastnosti dovolí. Dále tiskárny používají pro tvorbu anatomických modelů na základě získaných digitálních dat ze zobrazovacích systémů (CT, MRI), kdy vytvoří 3D objemový model a poté vytisknou fyzický model. Tak vznikl např. experimentální model vokálního traktu člověka pro studium fonace. Neméně důležité jsou modely pro antropologii, kdy je možné např. podle kosterních pozůstatků lebky zcela zrekonstruovat obličej.

ČVUT 3D tisk lebky upíra

Rekonstrukce obličeje „hrádeckého upíra“ podle kosterních pozůstatků

Jedna ze zajímavých zakázek z antropologie, kterou za poslední dobu v ústavu realizovali, byla rekonstrukce obličeje tzv. hrádeckého vampýra, který pravděpodobně zemřel v první třetině čtrnáctého století. Kostra byla nalezena v Hrádku nad Nisou pohřbená obličejem k zemi, z čehož se vyvozuje, že mohlo jít o člověka, kterého jeho současníci považovali za upíra a v poloze na břiše ho pochovali proto, aby nemohl vstát z hrobu.

Lebku „vampýra“, která byla z velké části poškozená, bylo potřeba nejdříve nasnímat pomocí počítačové tomografie. Na základě skenu vznikl trojrozměrný model původní lebky a poté byl na 3D tiskárně Stratasys Prodigy Plus s technologií FDM vytištěn fyzický model. S jeho pomocí pak byla vytvořena kompletní rekonstrukce obličeje.

Úspora času a tvorba složité geometrie

Hlavní cílem rozšíření portfolia 3D tiskáren na Ústavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky byla snaha ušetřit čas při zhotovení fyzického modelu z počítačového návrhu. Také flexibilita dvou technologií (FDM, Polyjet), a z toho vyplývající počet variant ve vývojovém procesu, hrály při rozhodování důležitou roli. A v neposlední řadě také schopnost vyrobit díly se složitou geometrií, které je obtížné, ne-li nemožné, vyrobit jinou technologií. Komplikovanost geometrie nepředstavuje pro 3D tisk žádný problém, prakticky cokoliv je namodelováno ve 3D, je možné vytisknout jednou z dnes existujících technologií 3D tisku.

A proč se na ČVUT v Praze rozhodli hned pro několik našich zařízení? Především proto, že naše 3D tiskárny splňovaly veškeré technické požadavky a přihlíželo se i k jejich provozním vlastnostem.