3D-tulostettujen preoperatiivisten mallien verifiointi optisella ja koordinaattimittauskoneella

Abstract

3D-tulostaminen on mahdollistanut ja helpottanut täysin uudenlaisten mallien valmistamista. Valmistusmenetelmät ovat vastanneet erityisesti lääketieteen vaatimuksiin. Preoperatiiviset mallit auttavat toimenpidesuunnittelussa; niillä voidaan tehdä harjoituksia ja kokeita ennen varsinaista toimenpidettä. Tavoitteena on mallien avulla tehostaa lääketieteellisten operaatioiden tehokkuutta ja näin lopulta parantaa potilasturvallisuutta.

Erilaiset 3D-tulostusmenetelmät ja mallien monipuoliset ja usein hankalat muodot vaikeuttavat niiden laadun verifiointia perinteisin mittausmenetelmin. Teollisuudessa koordinaattimittauskoneet ovat de facto -standardimittalaitteen asemassa, mutta optisten mittalaitteiden edut, kuten nopeus ja joustavuus, ovat lisänneet niiden suosiota.

Tässä tutkimuksessa selvitetään erilaisilla 3D-tulostusmenetelmillä tuotettujen lääketieteellisten leukaluumallien laatua ja mittatarkkuutta. Mallit on tuotettu kaupallisesti tarjolla olevilla tulostusmenetelmillä: pursotuksella, sideaineen suihkutuksella, materiaalin suihkutuksella ja jauhepetisulatuksella. Verifiointimenetelminä on käytetty mallien visuaalista tarkastelua, 3D-skannausta optisella mittalaitteella ja koordinaattimittausta. Vertailukohtana fyysisille malleille on käytetty leukaluun CAD-mallia. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten kunkin tulostusmenetelmän ominaispiirteet näkyvät lopputuotteessa ja millä menetelmillä malleja voidaan järkevästi verifioida.

3D printing has made it possible to produce freeform shapes like never before. These methods have been found suitable for medical applications such as preoperative models. Purpose of preoperative models is to help plan medical procedures beforehand so that the actual operations go faster and with less surprises. End result with preoperative models is to improve patient safety.

Different 3D printing methods use different means to form shapes and preoperative models often include various and complicated shapes. These reasons make verifying preoperative models with traditional measuring equipment challenging. Coordinate measuring machines have received a de facto standard status in the industry but advantages of optical measurement, such as speed and flexibility, have increased their popularity.

In this thesis study, I compare preoperative jawbone-models produced with different 3D printing methods for their quality and accuracy. Models have been produced with commercially available methods and printers: material extrusion, binder jetting, material jetting and selective laser sintering. Methods for verification are visual inspection, optical and coordinate measurement. Models are compared to their source CAD-model. Aim of this study is to evaluate the production methods and evaluate the different verification methods.