SLS激光烧结技术用于高端放疗系统的定制化零件快速制造

   前言

      放疗系统的最主要组成部分是医用电子直线加速器，它是利用微波电场对电子进行加速，产生高能射线，用于人类医学实践中的远距离外照射放射治疗活动的大型医疗设备，广泛应用于各种肿瘤的治疗，特别是深部肿瘤的治疗。医用电子直线加速器可以产生X辐射和（或）电子辐射束。高能X射线具有高穿透性、较低的皮肤剂量、较高的射线均匀度等特点，适用于治疗深部肿瘤。电子束具有一定的射程特性，穿透能力较低，用来治疗浅表肿瘤。医用治疗床是患者放疗的载体，放疗过程中要考虑床板对放射剂量的吸收影响，所以目前高端治疗床板不再使用铝合金材料，从而提高床板对X射线的透过率，降低衰减。

应用情况

      近期，某医院在安装Elekta医科达放疗系统时发现，其碳纤维医治床iBeam evo拓展板一对连接件中的一只在运输途中遗失了。该原装连接件经过碳纤维CNC铣削工艺加工制成，用同样的材料外协定制加工这个零件的成本预计超过2000元，而且因为疫情原因导致加工周期较长，没有这个连接件又无法实现床板承托头部的功能，设备调试和投入使用的进度预计可能会因此延误超过2个月。另一方面，虽然铝合金CNC加工的周期短、成本低，但会影响到治疗床对X射线的透过率，进而影响整套设备的使用。

图一：该医院安装中的放疗系统和碳纤维治疗床

图二：未丢失的对侧原装连接件

      经过沟通，医院最终决定与TPM3D盈普合作，采用三维扫描、逆向设计，和SLS激光烧结技术，利用尼龙材料快速定制这个连接件，在加快制作周期、降低制作成本的同时，不影响治疗床对X射线的穿透率，保障设备投入运行进度。

      首先因为没有模型数据，所以要利用对侧的另外一只连接件，通过三维扫描和逆向设计获得三维模型。因为这个件的结构相对简单，所以扫描和逆向速度较快，在2个小时内就完成了数据准备。

图三：经三维扫描和逆向设计后的数据

      得到了连接件的三维数据后，我们立刻安排了打印任务。经过对该连接件的使用要求评估，我们最终选择了Precimid1172Pro BLK尼龙12材料打印，这是一款综合性能优秀的黑色尼龙高分子材料，具备良好的机械强度和耐磨耐用性，可以满足此应用场景下的使用要求，且材料复用率高经济性好。打印的机型为盈普P360，打印速度快稳定性高，成型尺寸与生产效率兼顾。配合一站式零件粉体全性能处理工作站（PPS）可实现在线自动供粉，满足连续生产和对环境友好的要求。

图四：TPM3D盈普P360清洁生产解决方案

      打印冷却清粉后，我们再对这个连接件进行了化学蒸汽平滑技术后处理，使零件表面更光滑，并提升其强度和耐久性。化学蒸汽平滑技术利用专用化学溶剂，经气化后对舱内的零部件进行熏蒸，将零件表面“抚平”，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，以及开裂点的消失，其韧性显著提高更加耐用。

图五：TPM 3D盈普在国内率先引入AMT化学蒸汽抛光技术

      经过数小时的打印与化学蒸汽平滑处理，我们最终在1天之内将满足要求的数个连接件交付给医院进行安装使用和备件使用。

图六：安装中的SLS尼龙打印连接件

图七：安装中的SLS尼龙打印连接件

图八：完成安装的SLS打印连接件和拓展板

图九：完成安装的SLS打印连接件和拓展板

图十：系统安装调试完成准备使用

      考虑到该零件体积小且在实际加工过程中采用的是“拼锅”的方式与其他订单一起进行打印和熏抛处理，所以实际加工成本不到400元，另外从开始扫描到零件交付仅耗时1天，为医院节省了金钱成本和大量的时间成本，使安装调试工作得以尽快开展，保障了放疗设备计划投入使用的时间节点。再次验证了SLS激光烧结技术非常适合小批量定制化最终零件的生产制造，并且具备快速响应、柔性化制造的能力。