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研究人员通过3D打印射频探头来开拓磁共振应用

摘要:

   中国3D打印网11月27日讯,MR技术广泛应用于科学研究,地质调查和临床诊断(例如MRI扫描)中。 RF探头是MR系统的核心组件,通常用于执行电化学分析,原位反应监测和MR成像。厦门大学的研究人员拥有3D打印的射频(RF)探头,能够执行常规和非常规的磁共振(MR)实验。他们使用3D打印技术开发了一种方法,可以使用比传统制造技术更精确的线圈结构来定制定制的RF探头。据他们介绍,这项研究是首次探索这种用于MR系统的集成探头制造方法的方法。
 针对不同情况的集成式MR探头的3D打印和制造过程
  针对不同情况的集成式MR探头的3D打印和制造过程。图片来自厦门大学
  3D打印RF探头
        在研究过程中,研究人员演示了一种结合计算机辅助设计(CAD),3D打印和液体熔化注入技术来创建集成式MR探头的方法。熔融沉积建模(FDM)和立体光刻技术均用于制造探头,该探头由带有微米级导线的RF线圈,定制的样品室和RF电路接口组成,并包裹在单个印刷聚合物块中。3D Systems的ProJet 3510 SD 3D打印机用于通过FDM制作MR原型的一个版本,其打印分辨率为30µm。在打印过程中,从打印机的双喷嘴之一挤出材料,以构造成型结构和空心线圈腔。对于在嘉兴山威机电公司的Cyclone W-1打印机上印刷的光刻技术生产的探头,这些模型是通过光聚合逐层创建的,打印分辨率为25μm。紫外线激光聚焦在一大桶光敏聚合物树脂上,使分子链链接形成聚合物,从而构成了探头的主体。
         探针打印后,要进行后处理,然后再使用液态金属灌注技术创建导电RF线圈。然后将这些注入到3D打印的聚合物块中的微通道中,该聚合物块使用透明材料进行印刷,以说明其内部通道结构。经过实验表明,无论是在电气性能还是在材料背景信号方面,PLA的性能都很好,因此选择打印探针的材料是PLA。印刷了各种探头以研究不同的原位反应,例如动力学监测,电化学反应监测,核磁共振(NMR)和成像。
研究人员使用3D Systems的ProJet 3510SD 3D打印机制造探头
研究人员使用3D Systems的ProJet 3510SD 3D打印机制造探头。图片来自HK Additive。
  潜在的应用

   中国3D打印网11月27日讯,MR技术广泛应用于科学研究,地质调查和临床诊断(例如MRI扫描)中。 RF探头是MR系统的核心组件,通常用于执行电化学分析,原位反应监测和MR成像。厦门大学的研究人员拥有3D打印的射频(RF)探头,能够执行常规和非常规的磁共振(MR)实验。他们使用3D打印技术开发了一种方法,可以使用比传统制造技术更精确的线圈结构来定制定制的RF探头。据他们介绍,这项研究是首次探索这种用于MR系统的集成探头制造方法的方法。
 针对不同情况的集成式MR探头的3D打印和制造过程
  针对不同情况的集成式MR探头的3D打印和制造过程。图片来自厦门大学
  3D打印RF探头
        在研究过程中,研究人员演示了一种结合计算机辅助设计(CAD),3D打印和液体熔化注入技术来创建集成式MR探头的方法。熔融沉积建模(FDM)和立体光刻技术均用于制造探头,该探头由带有微米级导线的RF线圈,定制的样品室和RF电路接口组成,并包裹在单个印刷聚合物块中。3D Systems的ProJet 3510 SD 3D打印机用于通过FDM制作MR原型的一个版本,其打印分辨率为30µm。在打印过程中,从打印机的双喷嘴之一挤出材料,以构造成型结构和空心线圈腔。对于在嘉兴山威机电公司的Cyclone W-1打印机上印刷的光刻技术生产的探头,这些模型是通过光聚合逐层创建的,打印分辨率为25μm。紫外线激光聚焦在一大桶光敏聚合物树脂上,使分子链链接形成聚合物,从而构成了探头的主体。
         探针打印后,要进行后处理,然后再使用液态金属灌注技术创建导电RF线圈。然后将这些注入到3D打印的聚合物块中的微通道中,该聚合物块使用透明材料进行印刷,以说明其内部通道结构。经过实验表明,无论是在电气性能还是在材料背景信号方面,PLA的性能都很好,因此选择打印探针的材料是PLA。印刷了各种探头以研究不同的原位反应,例如动力学监测,电化学反应监测,核磁共振(NMR)和成像。
研究人员使用3D Systems的ProJet 3510SD 3D打印机制造探头
研究人员使用3D Systems的ProJet 3510SD 3D打印机制造探头。图片来自HK Additive。
  潜在的应用

         除上述实验外,研究人员还试图通过定制设计探头来证明其方法的普遍适用性。性能测试表明,尽管线圈材料的导电性存在某些缺点,但3D打印的探头仍能以较高的信噪比(SNR)获得图像。研究人员称,这意味着该方法在定制MRI应用方面具有“广阔前景”。该团队专注于解决RF探头传统制造方法所遇到的精度和集成定制加工缺陷,而不是优化其3D打印替代品的性能。通过当前的方法制造RF探针头在集成,定制和小型化方面面临困难。从本质上讲,通过这些技术来制造具有复杂或不规则3D结构的RF线圈是不精确且耗时的,特别是考虑到小型化的需求。因此,研究人员试图通过3D打印实验来克服这些问题。

       尽管目前的性能可能仍不如商用探头,但该研究证明3D打印探头能够满足团队定制MR实验的要求。鉴于此,所提出的方法为用于NMR研究和临床MRI检测的定制探头提供了基础,并为3D打印组件的MR系统开辟了新的一类应用。
3D打印连续流分离探头(CFSP)的内部结构和分离原理
  3D打印连续流分离探头(CFSP)的内部结构和分离原理。图片来自厦门大学/自然。
  3D打印电子
       尽管与其他增材制造应用相比3D打印电子产品尚处于起步阶段,但在这一领域中不断开发新技术,而潜在的应用也在不断扩展。以色列3D打印电子公司Nano Dimension位于这一领域的最前沿。在2019年9月,该公司宣布将使用其DragonFly电子增材制造系统开发3D打印电容器。不久之后,Nano Dimension宣布与韩国技术创新中心Chungbuk Technopark(CBTP)达成了一项多年协议,两家公司为其首个合作产品开发了功能齐全的3D打印IoT通信设备。最近,该公司与军事传感器专家HENSOLDT合作,成功地印刷和组装了双面层印刷电路板(PCB),从而使3D打印高性能电子元件的开发更近了一步。
         在其他地方,总部位于硅谷的初创公司Space Foundry希望将等离子3D打印引入电子行业,而来自加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员已经设计出一种比传统技术快五倍的生产3D打印电子产品的方法。 2月,高精度微型点胶机制造商nScrypt成功地为3D打印电子产品微量分配了一致的50微米焊料和胶点,这可以为将焊料点直接且精确地打印到平坦和不规则形状的电子板上铺平道路。
        最近,3D打印机制造商Azul 3D与电子公司杜邦合作将“下一代3D打印技术”引入电子材料行业,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员开发了一种名为“ MorphSensor”的新颖3D设计环境,专为3D打印而设计的定制零件,同时兼顾了电子功能和机械功能,德国电子3D打印公司Neotech AMT与汉堡大学开展了一项联合项目,以开发AI驱动的3D打印电子产品质量保证系统。
图片显示了Nano Dimension的DragonFly LDM 3D打印技术的实际应用
图片显示了Nano Dimension的DragonFly LDM 3D打印技术的实际应用。通过Nano Dimension拍摄。


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