JP6656018B2 - Three-dimensional object capable of being measured by a medical image photographing apparatus, and a method of manufacturing the same and a manufacturing apparatus thereof - Google Patents

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Description

本発明は、3Dプリンタによる造形法の一種である粉体積層法により形成された3次元造形物、その製造方法及びその製造装置に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional model formed by a powder laminating method, which is one type of a modeling method using a 3D printer, a method of manufacturing the same, and a manufacturing apparatus therefor.

3Dプリンタによる造形法の一種である粉体積層法は、平坦に配置された造形材料に対して接着剤の機能を有する造形液を吐出して固化することで3次元造形物の1つの層を形成し、この層を積層することによって3次元造形物を形成する手法である。   The powder laminating method, which is a type of modeling method using a 3D printer, discharges and solidifies a molding liquid having an adhesive function on a flatly arranged molding material to form one layer of a three-dimensional molded object. This is a method of forming a three-dimensional structure by forming and stacking these layers.

従来の粉体積層法による技術として、例えば下記の特許文献1には、造形材料の主材料として石膏粉末を用いる技術が記載されている。   As a technique based on the conventional powder laminating method, for example, Patent Literature 1 below describes a technique using gypsum powder as a main material of a molding material.

特開2014−188888号公報JP 2014-188888 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、造形材料の主材料として石膏粉末を用いるため、完成品である3次元造形物がとても脆い(強度が低い)物となる。即ち、従来の技術では、粉体積層法による3次元造形物の形成において、強度が高く、更には、柔らかく、医用画像撮影装置による画像撮影が可能な3次元造形物を形成することが困難であるという問題があった。   However, in the technique described in Patent Document 1, since gypsum powder is used as a main material of the molding material, the three-dimensional molded product as a finished product is very brittle (low in strength). That is, in the prior art, it is difficult to form a three-dimensional molded object having high strength, softness, and which can be photographed by a medical image photographing apparatus in forming a three-dimensional molded object by the powder lamination method. There was a problem.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、粉体積層法による3次元造形物の形成において、強度が高く、更には、柔らかく、医用画像撮影装置による画像撮影が可能な3次元造形物を形成できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and in forming a three-dimensional structure by a powder lamination method, the strength is high, and further, the image can be photographed with a soft and soft medical image photographing apparatus. An object is to be able to form a three-dimensional structure.

本発明の3次元造形物の製造方法は、石膏粉末にウレタン樹脂粉末を混合させた造形材料を用いて、粉体積層法により生体部位を模した3次元造形物を形成する工程と、前記3次元造形物に対してウレタン樹脂を含浸させる工程と、前記ウレタン樹脂を含浸させる工程が終了した後に、前記3次元造形物の中空領域に当該3次元造形物よりも柔らかい軟質樹脂であってウレタン樹脂を主材料とする柔らかさの異なる複数の軟質樹脂を形成する工程と、を有する。
本発明の3次元造形物の製造方法における他の態様は、前記複数の軟質樹脂を形成する工程では、前記ウレタン樹脂の配合比を変えることにより、前記柔らかさの異なる前記複数の軟質樹脂を形成する。
また、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記複数の軟質樹脂を形成する工程が終了した後、前記3次元造形物を水性媒体に浸漬する工程を更に有する。
また、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記水性媒体には、防腐・防カビ剤が溶解されている
た、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記軟質樹脂は、前記生体部位に存在する腫瘍若しくは脂肪組織、または、前記生体部位を構成する生体組織を模した物である。
また、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記軟質樹脂は、前記3次元造形物の一部である部分造形物を包蔵して形成される
た、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための造影材料を含み形成されている。
また、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、超音波撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための超音波散乱材料を含み形成されている。
また、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記3次元造形物を形成する工程は、前記粉体積層法による各層ごとに前記造形材料に対して接着剤の機能を有する造形液を吐出して固化することで前記3次元造形物を形成するものであり、前記造形液には、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において前記3次元造形物の形態を映出させるための造影材料が含まれている。
また、本発明の3次元造形物の製造方法におけるその他の態様は、前記ウレタン樹脂粉末は、前記造形材料の総重量に対する重量比率が5%〜60%である。
また、本発明は、上述した3次元造形物の製造方法を実行する3次元造形物の製造装置、及び、上述した3次元造形物の製造方法により製造された3次元造形物を含む。
The method for producing a three-dimensional structure according to the present invention includes a step of forming a three-dimensional structure simulating a living body part by a powder laminating method using a molding material obtained by mixing a gypsum powder and a urethane resin powder; After the step of impregnating the three-dimensional object with the urethane resin and the step of impregnating the urethane resin are completed, the hollow region of the three-dimensional object is a soft resin that is softer than the three-dimensional object and is a urethane resin. And forming a plurality of soft resins having different softnesses as a main material .
Another aspect of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention is that, in the step of forming the plurality of soft resins, the mixing ratio of the urethane resin is changed to form the plurality of soft resins having different softnesses. I do.
Also, the other aspect of the production method of the three-dimensionally shaped object of the present invention, after the step of forming the plurality of soft resin is completed, further comprising the step of immersing in an aqueous medium said 3-dimensional shaped object.
In another aspect of the method for producing a three-dimensional structure according to the present invention, an antiseptic / antifungal agent is dissolved in the aqueous medium .
Also, another aspect of the manufacturing method of the three-dimensionally shaped object of the present invention, the soft resin, the tumor or adipose tissue present in the body part, or a biological tissue constituting the biological part imitates is there.
In another aspect of the method of manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention, the soft resin is formed by enclosing a partial structure that is a part of the three-dimensional structure .
Also, another aspect of the manufacturing method of the three-dimensionally shaped object of the present invention, the soft resin, in addition to the main material, the soft formed in the hollow region in the imaging using the nuclear magnetic resonance imaging It is formed including a contrast material for projecting a resin.
Further, in another aspect of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention, the soft resin is configured to project the soft resin formed in the hollow region by ultrasonic imaging in addition to the main material. It is formed including an ultrasonic scattering material.
In another aspect of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention, the step of forming the three-dimensional structure has an adhesive function for the modeling material for each layer by the powder lamination method. The three-dimensional object is formed by discharging and solidifying a molding liquid, and the three-dimensional object is formed on the molding liquid in order to project the form of the three-dimensional object in imaging using nuclear magnetic resonance imaging. Contrast material is included.
In another aspect of the method for producing a three-dimensional structure according to the present invention, the urethane resin powder has a weight ratio of 5% to 60% with respect to a total weight of the molding material.
The present invention also includes a three-dimensional structure manufacturing apparatus that executes the above-described three-dimensional structure manufacturing method, and a three-dimensional structure manufactured by the above-described three-dimensional structure manufacturing method.

本発明によれば、粉体積層法による3次元造形物の形成において、強度が高い3次元造形物を形成することができる。さらに、本発明によれば、柔らかい3次元造形物を形成することもできる。加えて、本発明によれば、医用画像撮影装置による画像撮影が可能な3次元造形物を形成することもできる。例えば本発明の技術を医療分野に適用すれば、個々の患者の生体部位(例えば臓器)をより実物に近い形で再現した3次元造形物を形成することができるため、例えばその3次元造形物を一般の手術トレーニングや医用画像撮影装置を利用した手術トレーニング等に用いることができ、医療の質の向上を図ることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in formation of a three-dimensional molded article by the powder lamination method, a three-dimensional molded article with high strength can be formed. Furthermore, according to the present invention, a soft three-dimensional structure can be formed. In addition, according to the present invention, it is possible to form a three-dimensional structure capable of capturing an image with a medical image capturing apparatus. For example, if the technology of the present invention is applied to the medical field, it is possible to form a three-dimensional structure that reproduces a living body part (for example, an organ) of each patient in a form closer to the real thing. Can be used for general surgical training, surgical training using a medical image capturing apparatus, and the like, and the quality of medical treatment can be improved.

本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置の概略構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a three-dimensional structure manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置により実行される3次元造形物の製造方法における処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure in the manufacturing method of the three-dimensional structure performed by the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to the first embodiment of the present invention. 図1に示す3次元造形物形成装置の具体的な動作の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a specific operation of the three-dimensional structure forming apparatus illustrated in FIG. 1. 本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置により製造される3次元造形物の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional structure manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態を示し、図1に示す造形材料の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率(%)を変化させて製造した3次元造形物(水性媒体浸漬後)の引張強度試験の結果を示す特性図である。FIG. 3 shows the first embodiment of the present invention, and shows a tensile strength test of a three-dimensional molded article (after immersion in an aqueous medium) manufactured by changing the weight ratio (%) of the urethane resin powder to the total weight of the molding material shown in FIG. It is a characteristic view which shows the result of. 本発明の第1の実施形態を示し、図1に示す造形材料の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率(%)を変化させて製造した3次元造形物(ウレタン樹脂含浸前)、3次元造形物(ウレタン樹脂含浸後)、及び、3次元造形物(水性媒体浸漬後)のゴム硬度試験の結果を示す特性図である。FIG. 3 illustrates a first embodiment of the present invention, in which a three-dimensional structure (without urethane resin impregnation) manufactured by changing the weight ratio (%) of the urethane resin powder to the total weight of the forming material illustrated in FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the results of a rubber hardness test of a product (after impregnation with a urethane resin) and a three-dimensional molded product (after immersion in an aqueous medium). 本発明の第1の実施形態を示し、図1に示す造形材料の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率(%)を変化させて製造した3次元造形物の水中保管における形状保持の可否を示す図である。1 shows a first embodiment of the present invention, and shows whether or not a three-dimensional structure manufactured by changing the weight ratio (%) of the urethane resin powder to the total weight of the forming material shown in FIG. FIG. 本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置の概略構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of a schematic structure of a manufacturing device of a three-dimensional structure concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置により実行される3次元造形物の製造方法における処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of a processing procedure in a manufacturing method of a three-dimensional model performed by a manufacturing device of a three-dimensional model concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置により製造される3次元造形物の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a three-dimensional fabrication thing manufactured with a manufacturing device of a three-dimensional fabrication thing concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置により製造される3次元造形物の他の一例を示す図である。It is a figure showing other examples of a three-dimensional structure thing manufactured by a manufacturing device of a three-dimensional structure thing concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置により製造される3次元造形物のその他の一例を示す図である。It is a figure showing other examples of a three-dimensional fabrication thing manufactured by a manufacturing device of a three-dimensional fabrication thing concerning a 2nd embodiment of the present invention.

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(実施形態)について説明する。   Hereinafter, an embodiment (embodiment) for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置の概略構成について説明する。
(First embodiment)
First, a schematic configuration of an apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置100の概略構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a manufacturing apparatus 100 for a three-dimensional structure according to the first embodiment of the present invention.

本実施形態に係る3次元造形物の製造装置100は、図1に示すように、情報入力装置110、情報処理・制御装置120、3次元造形物形成装置130、第1の熱処理装置140、ウレタン樹脂含浸装置150、第2の熱処理装置160、及び、水性媒体浸漬装置170を有して構成されている。   As shown in FIG. 1, the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment includes an information input device 110, an information processing / control device 120, a three-dimensional structure forming device 130, a first heat treatment device 140, and a urethane. It has a resin impregnation device 150, a second heat treatment device 160, and an aqueous medium immersion device 170.

情報入力装置110は、各種のデータを含む各種の情報を情報処理・制御装置120に対して入力する装置である。この情報入力装置110は、例えば、パーソナルコンピュータにおけるキーボード及びマウスから構成されていても、また、コンピュータネットワークに接続するための通信インターフェイスであってもよい。   The information input device 110 is a device that inputs various information including various data to the information processing / control device 120. The information input device 110 may be composed of, for example, a keyboard and a mouse of a personal computer, or may be a communication interface for connecting to a computer network.

情報処理・制御装置120は、情報入力装置110から入力された各種の情報を処理し、また、3次元造形物の製造装置100における動作を統括的に制御する装置である。例えば、情報処理・制御装置120は、情報入力装置110から入力された各種の情報に基づいて、3次元造形物の製造装置100における各装置(130〜170)を制御する。   The information processing / control device 120 is a device that processes various types of information input from the information input device 110 and controls the operation of the manufacturing apparatus 100 for a three-dimensional structure in a comprehensive manner. For example, the information processing / control device 120 controls the devices (130 to 170) in the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 based on various types of information input from the information input device 110.

3次元造形物形成装置130は、情報処理・制御装置120の制御に従って、石膏粉末にウレタン樹脂粉末を混合させた造形材料200を用いて、粉体積層法により生体部位を模した3次元造形物300−1を形成する装置である。なお、本実施形態においては、造形材料200には、石膏粉末にウレタン樹脂粉末に加えて更に防腐・防カビ剤が混合されている。   Under the control of the information processing / control device 120, the three-dimensional structure forming apparatus 130 uses the modeling material 200 in which the urethane resin powder is mixed with the gypsum powder, and simulates a three-dimensional structure by a powder stacking method. This is an apparatus for forming 300-1. In the present embodiment, the molding material 200 further contains an antiseptic / antifungal agent in addition to the gypsum powder and the urethane resin powder.

ここで、造形材料200について詳しく説明する。
本実施形態における造形材料200は、上述したように、石膏粉末にウレタン樹脂粉末及び防腐・防カビ剤が混合されている。具体的に、本実施形態では、造形材料200に含まれる防腐・防カビ剤として、銀含有非晶質ガラス粉末を用いる。
Here, the molding material 200 will be described in detail.
As described above, the molding material 200 according to the present embodiment is obtained by mixing the gypsum powder with the urethane resin powder and the antiseptic / antifungal agent. Specifically, in the present embodiment, a silver-containing amorphous glass powder is used as an antiseptic / antifungal agent contained in the modeling material 200.

以下に、造形材料200に含まれる各粉末の重量比率について記載する。
造形材料200に含まれるウレタン樹脂粉末は、造形材料200の総重量に対する重量比率が5%〜60%の範囲であることが好適である。これは、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が5%未満になると、石膏が支配的になって完成品である3次元造形物300が強度不足で脆くなるという不具合が生じ、また、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が60%を超えると、完成品である3次元造形物300を保管(水性媒体中の保管)する際にその3次元造形物300の形状が保てず崩れてしまうという不具合が生じるためである。さらに、完成品である3次元造形物300の強度を高くするという観点からは、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が20%〜40%の範囲であることが最適である。また、造形材料200に含まれる防腐・防カビ剤は、造形材料200の総重量に対する重量比率が0.1%〜5%の範囲であることが好適である。これは、造形材料200の総重量に対する防腐・防カビ剤の重量比率が0.1%未満になると、完成品である3次元造形物300の防腐・防カビ機能が不十分になるという不具合が生じるためである。また、造形材料200に含まれる石膏粉末は、造形材料200の総重量に対する重量比率が35%〜94.9%の範囲であることが好適である。
The weight ratio of each powder contained in the molding material 200 will be described below.
The urethane resin powder contained in the molding material 200 preferably has a weight ratio of 5% to 60% with respect to the total weight of the molding material 200. This is because if the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the molding material 200 is less than 5%, the gypsum becomes dominant and the finished three-dimensional molded article 300 becomes insufficiently brittle due to insufficient strength. Further, when the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the modeling material 200 exceeds 60%, when storing the completed three-dimensional model 300 (storage in an aqueous medium), the three-dimensional model 300 is This is because there is a problem that the shape cannot be maintained and collapses. Further, from the viewpoint of increasing the strength of the three-dimensional structure 300 as a finished product, the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the forming material 200 is optimally in the range of 20% to 40%. The preservative / antifungal agent contained in the molding material 200 preferably has a weight ratio of 0.1% to 5% with respect to the total weight of the molding material 200. This is because when the weight ratio of the antiseptic / antifungal agent to the total weight of the molding material 200 is less than 0.1%, the antiseptic / antifungal function of the finished three-dimensional molded article 300 becomes insufficient. This is because it occurs. The gypsum powder contained in the molding material 200 preferably has a weight ratio of 35% to 94.9% with respect to the total weight of the molding material 200.

第1の熱処理装置140は、情報処理・制御装置120の制御に従って、3次元造形物形成装置130で形成された生体部位を模した3次元造形物300−1を所定の温度で熱処理(第1の熱処理)する装置である。本実施形態においては、第1の熱処理装置140は、3次元造形物300−1に対して、最初に、温度50℃程度で30分〜1時間の熱処理を行い、次いで、温度80℃程度で30分〜1時間の熱処理を行う。本例では、この第1の熱処理装置140による第1の熱処理により、3次元造形物300−1の全体の水分をとばして石膏粒子間を固着させる。   The first heat treatment device 140 heat-treats the three-dimensional structure 300-1 simulating the living body part formed by the three-dimensional structure forming device 130 at a predetermined temperature under the control of the information processing / control device 120 (first heat treatment). Heat treatment). In this embodiment, the first heat treatment apparatus 140 first heat-treats the three-dimensional structure 300-1 at a temperature of about 50 ° C. for 30 minutes to 1 hour, and then performs a heat treatment at a temperature of about 80 ° C. The heat treatment is performed for 30 minutes to 1 hour. In the present example, the first heat treatment by the first heat treatment device 140 causes the entire moisture of the three-dimensional structure 300-1 to be blown off, thereby fixing the gypsum particles.

ウレタン樹脂含浸装置150は、情報処理・制御装置120の制御に従って、第1の熱処理装置140で熱処理された3次元造形物300−2に対してウレタン樹脂を含浸させる装置である。ここで、ウレタン樹脂含浸装置150による含浸方法としては、例えば、刷毛を用いてウレタン樹脂を含浸させる形態や、ウレタン樹脂をスプレーで吹き付けて含浸させる形態、或いは、ウレタン樹脂で満たされた容器に3次元造形物300−2を浸漬して含浸させる形態等を採ることが可能である。また、本実施形態においては、ウレタン樹脂含浸装置150で用いるウレタン樹脂としては、液状のウレタン樹脂で硬化可能であれば特に限定されないが、1液湿気硬化型ウレタン樹脂を用いることにより作業の簡素化を図ることができ好ましい。また、本実施形態においては、ウレタン樹脂含浸装置150で用いるウレタン樹脂の材料として、ポリオールとポリイソシアネートの混合物を酢酸ブチルや酢酸エチルなどで希釈したウレタン樹脂を用いる。   The urethane resin impregnating device 150 is a device for impregnating the three-dimensional structure 300-2 heat-treated by the first heat treatment device 140 with the urethane resin under the control of the information processing / control device 120. Here, as the impregnation method using the urethane resin impregnation device 150, for example, a form in which a urethane resin is impregnated using a brush, a form in which a urethane resin is sprayed and impregnated, or a container filled with a urethane resin is used. It is possible to adopt a form in which the three-dimensional structure 300-2 is dipped and impregnated. In the present embodiment, the urethane resin used in the urethane resin impregnating device 150 is not particularly limited as long as it can be cured with a liquid urethane resin, but the operation is simplified by using a one-component moisture-curable urethane resin. Is preferable. In the present embodiment, a urethane resin obtained by diluting a mixture of a polyol and a polyisocyanate with butyl acetate, ethyl acetate, or the like is used as a urethane resin material used in the urethane resin impregnation device 150.

第2の熱処理装置160は、情報処理・制御装置120の制御に従って、ウレタン樹脂含浸装置150でウレタン樹脂含浸処理がなされた3次元造形物300−3を所定の温度で熱処理(第2の熱処理)する装置である。本実施形態においては、第2の熱処理装置160は、3次元造形物300−3に対して、最初に、温度15℃以上の温度で12時間〜24時間の熱処理を行い、次いで、温度80℃程度で2時間程度の熱処理を行う。本例では、この第2の熱処理装置160による第2の熱処理により、ウレタン樹脂含浸装置150で含浸させたウレタン樹脂を硬化させる。   The second heat treatment apparatus 160 heat-treats the three-dimensional structure 300-3 that has been subjected to the urethane resin impregnation processing in the urethane resin impregnation apparatus 150 at a predetermined temperature under the control of the information processing / control apparatus 120 (second heat treatment). It is a device to do. In the present embodiment, the second heat treatment apparatus 160 first performs a heat treatment on the three-dimensional structure 300-3 at a temperature of 15 ° C. or higher for 12 hours to 24 hours, and then at a temperature of 80 ° C. The heat treatment is performed for about 2 hours. In this example, the urethane resin impregnated by the urethane resin impregnation device 150 is cured by the second heat treatment by the second heat treatment device 160.

水性媒体浸漬装置170は、情報処理・制御装置120の制御に従って、第2の熱処理装置160で熱処理された3次元造形物300−4を水性媒体に浸漬する装置である。ここで、水性媒体とは、3次元造形物300の強度と柔らかさを損なうことがなければ特に限定されないが、水、生理食塩水、緩衝液、グリセリンやエチレングリコール等の水性有機溶媒、または、これらの混合物等を挙げることができ、それらに水溶性の物質を溶解させることもできる。また、1つの態様として、上述した水性媒体に防腐・防カビ剤を添加することができる。防腐・防カビ剤は、3次元造形物300−4及び水性媒体の防腐・防カビ機能を有し、3次元造形物300の強度と柔らかさに影響を及ぼすことがない、水溶性の防腐・防カビ剤であれば特に限定されないが、取扱いや手術トレーニング等を行うことを考慮すれば、刺激性の低いものが好ましく、過酸化水素、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、フェノキシエタノール、安息香酸ナトリウム、パラオキシ安息香酸エステルまたはその塩等を挙げることができ、それぞれ防腐・防カビ機能を発揮する適切な濃度で使用できる。本実施形態においては、水性媒体浸漬装置170は、例えば、3次元造形物300−4を、温度80℃〜95℃の水性媒体に1時間程度浸漬させることが好適である。そして、例えば手術トレーニング等を行う際には、3次元造形物の製造装置100は、水性媒体浸漬装置170から3次元造形物300−5を取り出す処理を行う。   The aqueous medium immersion apparatus 170 is an apparatus for immersing the three-dimensional structure 300-4 heat-treated by the second heat treatment apparatus 160 in an aqueous medium under the control of the information processing / control device 120. Here, the aqueous medium is not particularly limited as long as it does not impair the strength and softness of the three-dimensional structure 300, but water, saline, a buffer, an aqueous organic solvent such as glycerin or ethylene glycol, or These mixtures and the like can be mentioned, and a water-soluble substance can be dissolved therein. In one embodiment, an antiseptic / antifungal agent can be added to the aqueous medium described above. The antiseptic / antifungal agent has an antiseptic / fungicidal function for the three-dimensional object 300-4 and the aqueous medium, and does not affect the strength and softness of the three-dimensional object 300. It is not particularly limited as long as it is a fungicide, but in consideration of handling, surgical training, etc., those with low irritation are preferred, and hydrogen peroxide, hypochlorous acid, sodium hypochlorite, phenoxyethanol, benzoic acid Sodium acid, p-hydroxybenzoic acid ester or a salt thereof and the like can be mentioned, and each can be used at an appropriate concentration exhibiting a preservative / antifungal function. In the present embodiment, the aqueous medium immersion device 170 preferably immerses the three-dimensional structure 300-4 in an aqueous medium at a temperature of 80C to 95C for about one hour, for example. Then, for example, when performing surgical training or the like, the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 performs a process of taking out the three-dimensional structure 300-5 from the aqueous medium immersion device 170.

なお、図1に示す例では、第1の熱処理装置140と第2の熱処理装置160との2つの熱処理装置を設ける態様を示しているが、本実施形態においては、この態様に限定されるものではなく、例えば1つの熱処理装置を設けて、この1つの熱処理装置において第1の熱処理装置140による第1の熱処理と第2の熱処理装置160による第2の熱処理の両方を行う態様も、本実施形態に適用可能である。また、3次元造形物300を長時間かけて自然乾燥させる場合等には、第1の熱処理装置140及び第2の熱処理装置160のうちのいずれか一方或いは両方を設けない態様も、本実施形態に適用可能である。   Note that, in the example shown in FIG. 1, an embodiment in which two heat treatment devices, that is, a first heat treatment device 140 and a second heat treatment device 160 are provided, is shown. However, the present embodiment is not limited to this. Instead, for example, an embodiment in which one heat treatment apparatus is provided and both the first heat treatment by the first heat treatment apparatus 140 and the second heat treatment by the second heat treatment apparatus 160 are performed in this one heat treatment apparatus is also described in the present embodiment. Applicable to form. In the case where the three-dimensional structure 300 is naturally dried over a long period of time, for example, an embodiment in which one or both of the first heat treatment apparatus 140 and the second heat treatment apparatus 160 are not provided is also described in the present embodiment. Applicable to

次に、本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置100により実行される3次元造形物の製造方法の処理手順について説明する。   Next, a processing procedure of a method of manufacturing a three-dimensional structure executed by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention will be described.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置100により実行される3次元造形物の製造方法における処理手順の一例を示すフローチャートである。以下に、この図2に示すフローチャートの処理を、図1を参照しながら説明する。   FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in a method of manufacturing a three-dimensional structure performed by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the processing of the flowchart shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.

まず、図2のステップS1において、図1の情報入力装置110は、情報処理・制御装置120に対して、生体部位に係る3次元造形データを入力する処理を行う。そして、情報処理・制御装置120は、例えば、情報入力装置110から入力された生体部位に係る3次元造形データを情報処理して積層数Nのスライスデータとする。また、情報処理・制御装置120は、積層数Nの設定を行う。その後、情報処理・制御装置120は、3次元造形物形成装置130に対して、生体部位に係る3次元造形データの各層のスライスデータに係る情報と当該3次元造形データの積層数Nに係る情報等を送信する。そして、情報処理・制御装置120から当該3次元造形データの各層のスライスデータに係る情報と当該3次元造形データの積層数Nに係る情報等を受信した3次元造形物形成装置130は、図2において破線枠で囲んだ以下のステップS2〜ステップS6の処理を行う。   First, in step S1 in FIG. 2, the information input device 110 in FIG. 1 performs a process of inputting three-dimensional printing data relating to a living body part to the information processing / control device 120. Then, the information processing / control device 120 performs information processing on, for example, the three-dimensional printing data relating to the living body part input from the information input device 110 to obtain slice data of the number N of layers. Further, the information processing / control device 120 sets the number of layers N. After that, the information processing / control device 120 instructs the three-dimensional structure forming apparatus 130 information relating to slice data of each layer of the three-dimensional structure data relating to the living body part and information relating to the number of layers N of the three-dimensional structure data. And so on. Then, the three-dimensional structure forming apparatus 130 that has received the information related to the slice data of each layer of the three-dimensional structure data and the information related to the number N of layers of the three-dimensional structure data from the information processing / control device 120 includes the information shown in FIG. Then, the following steps S2 to S6 surrounded by a broken line frame are performed.

図2のステップS2において、図1の3次元造形物形成装置130は、形成対象の層を示す積層番号nに1を設定する。   In step S2 in FIG. 2, the three-dimensional structure forming apparatus 130 in FIG. 1 sets 1 to a stacking number n indicating a layer to be formed.

続いて、図2のステップS3において、図1の3次元造形物形成装置130は、情報処理・制御装置120の制御に従って、造形領域部に、n層目の造形材料200の供給を行う。   Subsequently, in step S3 in FIG. 2, the three-dimensional structure forming apparatus 130 in FIG. 1 supplies the modeling material 200 of the nth layer to the modeling region under the control of the information processing / control device 120.

続いて、図2のステップS4において、図1の3次元造形物形成装置130は、情報処理・制御装置120の制御に従って、3次元造形データのn層目のスライスデータに基づいて、n層目の造形材料200の所定位置に、接着剤の機能を有する造形液を塗布する。   Subsequently, in step S4 in FIG. 2, the three-dimensional structure forming apparatus 130 in FIG. 1 controls the n-th layer based on the n-th slice data of the three-dimensional structure data under the control of the information processing / control device 120. A molding liquid having an adhesive function is applied to a predetermined position of the molding material 200.

続いて、図2のステップS5において、図1の3次元造形物形成装置130は、現在設定されている積層番号nが、ステップS1で設定された積層数Nより小さいか否かを判断する。   Subsequently, in step S5 in FIG. 2, the three-dimensional structure forming apparatus 130 in FIG. 1 determines whether the currently set stacking number n is smaller than the stacking number N set in step S1.

ステップS5の判断の結果、現在設定されている積層番号nが、ステップS1で設定された積層数Nより小さい場合には(S5/YES)、全ての層のスライスデータにおける処理は未だ完了していないと判断し、図2のステップS6に進む。   As a result of the determination in step S5, when the currently set stack number n is smaller than the stack number N set in step S1 (S5 / YES), the processing on the slice data of all the layers has not been completed. It is determined that there is not, and the process proceeds to step S6 in FIG.

図2のステップS6に進むと、図1の3次元造形物形成装置130は、形成対象の層を示す積層番号nに1を加算して、形成対象の層を示す積層番号nを変更する。その後、ステップS3に戻り、変更した積層番号nに基づく処理を行う。即ち、図2に示すフローチャートの処理では、ステップS3〜ステップS6の処理は、ステップS1で設定された積層数Nの数だけ繰り返し行われることになる。   When proceeding to step S6 in FIG. 2, the three-dimensional structure forming apparatus 130 in FIG. 1 adds 1 to the lamination number n indicating the layer to be formed, and changes the lamination number n indicating the layer to be formed. Thereafter, the process returns to step S3, and the processing based on the changed stack number n is performed. That is, in the process of the flowchart shown in FIG. 2, the processes of steps S3 to S6 are repeatedly performed by the number of laminations N set in step S1.

また、ステップS5の判断の結果、現在設定されている積層番号nが、ステップS1で設定された積層数Nより小さくない場合には(S5/NO)、全ての層のスライスデータにおける処理が完了したと判断し、図2のステップS7に進む。この図2のステップS7に進む段階では、図1の3次元造形物形成装置130において、粉体積層法による各層ごとに造形材料200に対して接着剤の機能を有する造形液を吐出して固化することで生体部位を模した3次元造形物300−1が形成された状態である。   If the currently set stack number n is not smaller than the stack number N set in step S1 as a result of the determination in step S5 (S5 / NO), the processing on the slice data of all the layers is completed. It is determined that the operation has been performed, and the process proceeds to step S7 in FIG. At the stage of proceeding to step S7 of FIG. 2, in the three-dimensional structure forming apparatus 130 of FIG. 1, a forming liquid having an adhesive function is discharged to the forming material 200 for each layer by the powder lamination method and solidified. Thus, a three-dimensional structure 300-1 imitating a living body part is formed.

ここで、図2のステップS7の説明を行う前に、上述したステップS2〜ステップS6における3次元造形物形成装置130の具体的な動作について説明する。   Here, before describing step S7 in FIG. 2, a specific operation of the three-dimensional structure forming apparatus 130 in steps S2 to S6 described above will be described.

図3は、図1に示す3次元造形物形成装置130の具体的な動作の一例を示す模式図である。具体的に、図3は、粉体積層法により生体部位を模した3次元造形物300−1を形成する際の3次元造形物形成装置130の具体的な動作の一例を示すものである。   FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a specific operation of the three-dimensional structure forming apparatus 130 shown in FIG. Specifically, FIG. 3 shows an example of a specific operation of the three-dimensional structure forming apparatus 130 when forming the three-dimensional structure 300-1 simulating a living body part by the powder lamination method.

3次元造形物形成装置130は、図3のプロセスP1に示すように、ローラー131、プリンタヘッド132、造形材料貯蔵部133、ピストン134、造形領域部135、ピストン136、及び、造形材料排出部137を有して構成されている。   The three-dimensional structure forming apparatus 130 includes a roller 131, a printer head 132, a forming material storage unit 133, a piston 134, a forming area 135, a piston 136, and a forming material discharge unit 137, as illustrated in a process P1 of FIG. Is configured.

ローラー131は、造形領域部135に1層ごとの造形材料200を供給するための動作を行うものである。   The roller 131 performs an operation for supplying the modeling material 200 for each layer to the modeling region 135.

プリンタヘッド132は、生体部位に係る3次元造形データの各層のスライスデータに基づいて、造形領域部135に供給された当該各層の造形材料200の所定位置に、接着剤の機能を有する造形液を塗布する。ここで、図3に示す例では、プリンタヘッド132は、ローラー131と一体となって動作するものとする。   The printer head 132 applies a molding liquid having an adhesive function to a predetermined position of the modeling material 200 of each layer supplied to the modeling area 135 based on the slice data of each layer of the three-dimensional modeling data relating to the living body part. Apply. Here, in the example shown in FIG. 3, the printer head 132 operates integrally with the roller 131.

造形材料貯蔵部133は、粉体積層法により生体部位を模した3次元造形物300−1を形成する際に用いる造形材料200を貯蔵するものである。   The modeling material storage unit 133 stores the modeling material 200 used when forming the three-dimensional modeled object 300-1 simulating a living body part by the powder lamination method.

ピストン134は、造形材料貯蔵部133に貯蔵されている造形材料200を造形領域部135に供給する際に動作するものである。   The piston 134 operates when the modeling material 200 stored in the modeling material storage unit 133 is supplied to the modeling region 135.

造形領域部135は、生体部位を模した3次元造形物300−1を形成する領域部である。   The modeling region 135 is a region that forms a three-dimensional modeled object 300-1 imitating a living body part.

ピストン136は、生体部位を模した3次元造形物300−1を形成する際に動作するものである。   The piston 136 operates when forming a three-dimensional structure 300-1 simulating a living body part.

造形材料排出部137は、造形領域部135に供給された造形材料200のうち、余分な造形材料200を排出するためのものである。   The modeling material discharge unit 137 is for discharging an excess modeling material 200 out of the modeling material 200 supplied to the modeling region 135.

まず、図3のプロセスP1では、ローラー131とプリンタヘッド132は、造形材料貯蔵部133の左側に位置している。そして、図3のプロセスP1において、ローラー131は、回転を行いながら、プリンタヘッド132とともに紙面右側に移動する。   First, in the process P1 of FIG. 3, the roller 131 and the printer head 132 are located on the left side of the modeling material storage unit 133. Then, in the process P1 of FIG. 3, the roller 131 moves to the right side of the drawing together with the printer head 132 while rotating.

そうすると、図3のプロセスP2に示すように、造形材料貯蔵部133に貯蔵されている所定量の造形材料200が造形領域部135に供給される。   Then, as shown in the process P2 of FIG. 3, a predetermined amount of the modeling material 200 stored in the modeling material storage unit 133 is supplied to the modeling region 135.

そして、ローラー131がプリンタヘッド132とともに造形領域部135を通過すると、図3のプロセスP3に示すように、造形領域部135に供給された造形材料200が引き伸ばされて平坦となり、造形領域部135に1層目の造形材料200が敷かれる。さらに、図3のプロセスP3に示すように、ローラー131で造形材料200を引き伸ばした際に生じた余分な造形材料200は、造形材料排出部137に排出される。図3のプロセスP3では、ローラー131とプリンタヘッド132が造形材料排出部137の右側に移動した様子を示している。   When the roller 131 passes through the modeling area 135 together with the printer head 132, the modeling material 200 supplied to the modeling area 135 is stretched and flattened as shown in a process P3 in FIG. The first layer of the molding material 200 is laid. Further, as shown in a process P3 in FIG. 3, excess modeling material 200 generated when the modeling material 200 is stretched by the roller 131 is discharged to the modeling material discharge unit 137. In the process P3 in FIG. 3, a state is shown in which the roller 131 and the printer head 132 have moved to the right of the modeling material discharge unit 137.

この図3のプロセスP1〜図3のプロセスP3に示す工程は、図2のステップS3に相当する。   The process P1 shown in FIG. 3 to the process P3 shown in FIG. 3 corresponds to step S3 in FIG.

次いで、図3のプロセスP4に示すように、プリンタヘッド132がローラー131とともに紙面左側に移動して造形領域部135に到着すると、プリンタヘッド132は、3次元造形データの1層目のスライスデータに基づいて、1層目の造形材料200の所定位置に、接着剤の機能を有する造形液201を塗布する。この際、プリンタヘッド132から塗布する造形液201には、各種の色を付けることができるため、例えば生体部位として患者の臓器に係る3次元造形物300−1を形成する場合にはより実物に近い形で3次元造形物を形成することができ、更に患部(病変部)等を把握することも可能となる。また、本実施形態においては、プリンタヘッド132から塗布する造形液201には、核磁気共鳴画像法を用いた画像撮影を行うMRI(Magnetic Resonance Imaging)撮影装置による当該画像撮影において3次元造形物300の形態を映出
させるための造影材料が含まれている。具体的に、本実施形態においては、この造影材料として、MRI撮影装置による画像撮影においてT1値及びT2値を近似させるために、陽性造影材料に相当するガドリニウム(Gd)と陰性造影材料に相当する鉄(Fe)とを、造形液201に微量含ませるものとする。
Next, as shown in a process P4 in FIG. 3, when the printer head 132 moves to the left side of the drawing together with the roller 131 and arrives at the formation area 135, the printer head 132 converts the slice data of the first layer of the three-dimensional formation data into Based on this, a molding liquid 201 having an adhesive function is applied to a predetermined position of the first layer of the molding material 200. At this time, since the modeling liquid 201 applied from the printer head 132 can be given various colors, for example, when the three-dimensional printing object 300-1 related to the organ of the patient is formed as a living body part, it becomes more real. It is possible to form a three-dimensional object in a close shape, and it is also possible to grasp an affected part (lesion). Further, in the present embodiment, the modeling liquid 201 applied from the printer head 132 has a three-dimensional model 300 in the image shooting by an MRI (Magnetic Resonance Imaging) imaging apparatus that performs image shooting using nuclear magnetic resonance imaging. A contrast material for projecting the morphology is included. Specifically, in the present embodiment, gadolinium (Gd) corresponding to a positive contrast material and negative contrast material are used as the contrast material in order to approximate the T1 value and the T2 value in imaging with an MRI imaging apparatus. A small amount of iron (Fe) is included in the modeling liquid 201.

この図3のプロセスP4に示す工程は、図2のステップS4に相当する。そして、図3のプロセスP1〜図3のプロセスP4に示す工程により、3次元造形データの1層目のスライスデータに基づく造形が終了する。   The process P4 in FIG. 3 corresponds to step S4 in FIG. Then, the molding based on the slice data of the first layer of the three-dimensional molding data is completed by the steps shown in the processes P1 to P4 in FIG.

プリンタヘッド132による造形液201の塗布が終了すると、図3のプロセスP5に示すように、プリンタヘッド132とローラー131は、造形材料貯蔵部133の左側の位置に移動する。次いで、2層目の造形に備えて、ピストン134が所定量上昇して造形材料貯蔵部133に貯蔵されている造形材料200を押し上げ、また、ピストン136が所定量下降して造形領域部135に2層目の造形材料200を敷くスペースを作る。その後、図3のプロセスP1に示す工程に移行し、2層目以降の造形が行われる。   When the application of the modeling liquid 201 by the printer head 132 is completed, the printer head 132 and the roller 131 move to the left side position of the modeling material storage unit 133 as shown in a process P5 in FIG. Next, in preparation for the formation of the second layer, the piston 134 rises by a predetermined amount to push up the molding material 200 stored in the molding material storage unit 133, and the piston 136 descends by a predetermined amount to move to the molding region 135. A space for laying the second layer of the molding material 200 is created. Thereafter, the process proceeds to the process P1 shown in FIG. 3, and the modeling of the second and subsequent layers is performed.

図2に示すように積層数Nのスライスデータが存在する場合には、図3のプロセスP1〜図3のプロセスP5の工程が、積層数Nの数だけ繰り返し行われることになる。   As shown in FIG. 2, when there are slice data of the number N of layers, the processes P1 to P5 of FIG. 3 are repeatedly performed by the number N of layers.

ここで、再び、図2の説明に戻る。
全ての層のスライスデータにおける処理が完了すると、図2のステップS7に進む。
図2のステップS7に進むと、図1の第1の熱処理装置140は、情報処理・制御装置120の制御に従って、3次元造形物形成装置130で形成された生体部位を模した3次元造形物300−1を所定の温度で熱処理(第1の熱処理)を行う。本実施形態においては、第1の熱処理装置140は、3次元造形物300−1に対して、最初に、温度50℃程度で30分〜1時間の熱処理を行い、次いで、温度80℃程度で30分〜1時間の熱処理を行う。
Here, the description returns to FIG.
When the processing on the slice data of all layers is completed, the process proceeds to step S7 in FIG.
When the process proceeds to step S7 in FIG. 2, the first heat treatment apparatus 140 in FIG. 1, under the control of the information processing / control device 120, imitates a three-dimensional object formed by the three-dimensional object forming apparatus 130 A heat treatment (first heat treatment) is performed on 300-1 at a predetermined temperature. In this embodiment, the first heat treatment apparatus 140 first heat-treats the three-dimensional structure 300-1 at a temperature of about 50 ° C. for 30 minutes to 1 hour, and then performs a heat treatment at a temperature of about 80 ° C. The heat treatment is performed for 30 minutes to 1 hour.

続いて、図2のステップS8において、図1のウレタン樹脂含浸装置150は、情報処理・制御装置120の制御に従って、ステップS7で第1の熱処理がされた3次元造形物300−2に対してウレタン樹脂を含浸させる処理を行う。ここで、ウレタン樹脂含浸装置150による含浸方法としては、例えば、刷毛を用いてウレタン樹脂を含浸させる形態や、ウレタン樹脂をスプレーで吹き付けて含浸させる形態、或いは、ウレタン樹脂で満たされた容器に3次元造形物300−2を浸漬して含浸させる形態等を採ることが可能である。また、本実施形態においては、ウレタン樹脂含浸装置150で用いるウレタン樹脂としては、液状のウレタン樹脂で硬化可能であれば特に限定されないが、1液湿気硬化型ウレタン樹脂を用いることにより作業の簡素化を図ることができ好ましい。また、本実施形態においては、ウレタン樹脂含浸装置150で用いるウレタン樹脂の材料として、ポリオールとポリイソシアネートの混合物を酢酸ブチルや酢酸エチルなどで希釈したウレタン樹脂を用いる。   Subsequently, in step S8 in FIG. 2, the urethane resin impregnating device 150 in FIG. 1 applies the first heat treatment in step S7 to the three-dimensional structure 300-2 under the control of the information processing / control device 120. A process of impregnating a urethane resin is performed. Here, as the impregnation method using the urethane resin impregnation device 150, for example, a form in which a urethane resin is impregnated using a brush, a form in which a urethane resin is sprayed and impregnated, or a container filled with a urethane resin is used. It is possible to adopt a form in which the three-dimensional structure 300-2 is dipped and impregnated. In the present embodiment, the urethane resin used in the urethane resin impregnating device 150 is not particularly limited as long as it can be cured with a liquid urethane resin, but the operation is simplified by using a one-component moisture-curable urethane resin. Is preferable. In the present embodiment, a urethane resin obtained by diluting a mixture of a polyol and a polyisocyanate with butyl acetate, ethyl acetate, or the like is used as a urethane resin material used in the urethane resin impregnation device 150.

続いて、図2のステップS9において、図1の第2の熱処理装置160は、情報処理・制御装置120の制御に従って、ステップS8でウレタン樹脂含浸処理がなされた3次元造形物300−3を所定の温度で熱処理(第2の熱処理)を行う。本実施形態においては、第2の熱処理装置160は、3次元造形物300−3に対して、最初に、温度15℃以上の温度で12時間〜24時間の熱処理を行い、次いで、温度80℃程度で2時間程度の熱処理を行う。   Subsequently, in step S9 of FIG. 2, the second heat treatment apparatus 160 of FIG. 1 removes the three-dimensional structure 300-3 that has been subjected to the urethane resin impregnation processing in step S8 according to the control of the information processing / control device 120. (A second heat treatment). In the present embodiment, the second heat treatment apparatus 160 first performs a heat treatment on the three-dimensional structure 300-3 at a temperature of 15 ° C. or higher for 12 hours to 24 hours, and then at a temperature of 80 ° C. The heat treatment is performed for about 2 hours.

続いて、図2のステップS10において、図1の水性媒体浸漬装置170は、情報処理・制御装置120の制御に従って、ステップS9で第2の熱処理がされた3次元造形物300−4を水性媒体に浸漬する処理を行う。そして、例えば手術トレーニング等を行う際には、3次元造形物の製造装置100は、水性媒体浸漬装置170から3次元造形物300−5を取り出す処理を行う。   Subsequently, in step S10 in FIG. 2, the aqueous medium immersion apparatus 170 in FIG. 1 removes the three-dimensional object 300-4 that has been subjected to the second heat treatment in step S9 under the control of the information processing / control device 120. Immersion treatment. Then, for example, when performing surgical training or the like, the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 performs a process of taking out the three-dimensional structure 300-5 from the aqueous medium immersion device 170.

なお、3次元造形物300を長時間かけて自然乾燥させる場合等には、必要に応じて、図2のステップS7における第1の熱処理及び図2のステップS9における第2の熱処理のうちのいずれか一方或いは両方を省略する態様も、本実施形態に適用可能である。   In the case where the three-dimensional structure 300 is naturally dried over a long period of time, if necessary, any one of the first heat treatment in step S7 in FIG. 2 and the second heat treatment in step S9 in FIG. A mode in which one or both are omitted is also applicable to the present embodiment.

図2のステップS10の処理が終了すると、図2に示すフローチャートの処理が終了する。図2に示すフローチャートの処理により、粉体積層法により石膏とウレタン樹脂とを含み(更には防腐・防カビ剤を含み)生体部位を模して形成されて成る3次元造形物300が製造される。   When the processing in step S10 in FIG. 2 ends, the processing in the flowchart illustrated in FIG. 2 ends. By the processing of the flow chart shown in FIG. 2, a three-dimensional structure 300 formed by imitating a living body part containing gypsum and a urethane resin (and further containing an antiseptic / antifungal agent) by a powder lamination method is manufactured. You.

図4は、本発明の第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置100により製造される3次元造形物300の一例を示す図である。ここで、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置100は、生体部位を模した3次元造形物300を製造するものであるが、図4では、生体部位として腎臓を模した3次元造形物300を製造する例を示している。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional structure 300 manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. Here, the manufacturing apparatus 100 for a three-dimensional structure according to the present embodiment is for manufacturing a three-dimensional structure 300 simulating a living body part. The example which manufactures thing 300 is shown.

具体的に、図4(a)は、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置100により製造される3次元造形物300−5の一例を模式的に示した図であり、腎臓を模した3次元造形物300−5とともに、尿管、腎静脈及び腎動脈が示されている。   Specifically, FIG. 4A is a diagram schematically illustrating an example of a three-dimensional structure 300-5 manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment, and illustrates a kidney. The ureter, renal vein and renal artery are shown, together with the three-dimensional structure 300-5.

また、図4(b1)は、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置100を用いて実際に製造した図4(a)に基づく3次元造形物300−5を示す画像である。また、図4(b2)は、図4(b1)に示す3次元造形物300−5の内部が分かるように図4(b1)に示す3次元造形物300−5を2つに分割した際の3次元造形物300−5a及び300−5bを示す画像である。   FIG. 4B1 is an image showing a three-dimensional structure 300-5 based on FIG. 4A actually manufactured using the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 4 (b2) shows a case where the three-dimensional structure 300-5 shown in FIG. 4 (b1) is divided into two so that the inside of the three-dimensional structure 300-5 shown in FIG. 4 (b1) can be seen. It is an image which shows three-dimensional molded objects 300-5a and 300-5b.

次に、本発明者が行った試験の結果について説明する。   Next, the results of a test performed by the present inventors will be described.

図5は、本発明の第1の実施形態を示し、図1に示す造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率(%)を変化させて製造した3次元造形物300−5(水性媒体浸漬後)の引張強度試験の結果を示す特性図である。具体的に、図5は、図1の水性媒体浸漬装置170において、1週間〜2週間、水性媒体に浸漬させた各3次元造形物300−5(後述する図6の3次元造形物300−5(水性媒体浸漬後))の引張強度試験の結果を示す特性図である。また、図5では、各3次元造形物300−5が破断するまでの引張強度試験の結果を示している。即ち、図5に示す各グラフの終端(右上端)は、その荷重で各試験片が破断したことを示している。また、図5は、各試験片の標線間距離を50mmとして引張強度試験を行った結果である。また、図5は、島津製作所社製の「AutoGraph AG−IS 50kN」の引張強度試験装置を用いて得られた結果である。   FIG. 5 shows a first embodiment of the present invention, in which a three-dimensional structure 300-5 (aqueous solution) manufactured by changing the weight ratio (%) of the urethane resin powder to the total weight of the forming material 200 shown in FIG. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the results of a tensile strength test (after immersion in a medium). Specifically, FIG. 5 shows each of the three-dimensional objects 300-5 immersed in the aqueous medium for one to two weeks in the aqueous medium immersion apparatus 170 of FIG. 5 (after immersion in an aqueous medium) is a characteristic diagram showing the results of a tensile strength test. FIG. 5 shows the results of a tensile strength test until each three-dimensional structure 300-5 breaks. That is, the end (upper right end) of each graph shown in FIG. 5 indicates that each test piece was broken by the load. FIG. 5 shows the results of a tensile strength test with the distance between the marked lines of each test piece set to 50 mm. FIG. 5 shows the results obtained using a “AutoGraph AG-IS 50 kN” tensile strength tester manufactured by Shimadzu Corporation.

図5に示す引張強度試験の結果から、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が10%,20%,30%及び40%の3次元造形物300−5は、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が0%(即ち造形材料200としてウレタン樹脂粉末を混合させない)の3次元造形物よりも、引張強度が高くなることが分かった。上述したように、本実施形態では、造形材料200に含まれるウレタン樹脂粉末は、造形材料200の総重量に対する重量比率が5%〜60%の範囲であることが好適であるとしている。この点、図5には、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が5%の場合の引張強度試験の結果が示されていないが、本発明者は、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が5%の3次元造形物300−5は、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が0%(即ち造形材料200としてウレタン樹脂粉末を混合させない)の3次元造形物よりも、引張強度が高くなるという知見を得ている。   From the results of the tensile strength test shown in FIG. 5, the three-dimensional model 300-5 in which the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the modeling material 200 is 10%, 20%, 30%, and 40% is It was found that the tensile strength was higher than that of a three-dimensional structure in which the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight was 0% (that is, the urethane resin powder was not mixed as the molding material 200). As described above, in the present embodiment, the urethane resin powder contained in the molding material 200 preferably has a weight ratio of 5% to 60% with respect to the total weight of the molding material 200. In this regard, FIG. 5 does not show the results of the tensile strength test when the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the molding material 200 is 5%. The three-dimensional structure 300-5 in which the weight ratio of the urethane resin powder to the molding material 5% is 0% (that is, the urethane resin powder is not mixed as the molding material 200) is 0% to the total weight of the molding material 200. It has been found that the tensile strength is higher than that of a three-dimensional structure.

また、上述したように、本実施形態では、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が20%〜40%の範囲であることが最適であるとしている。この点、図5に示す引張強度試験の結果から、完成品である3次元造形物300の強度を高くするという観点からは妥当であると言える。   Further, as described above, in the present embodiment, it is optimal that the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the molding material 200 is in the range of 20% to 40%. In this regard, from the results of the tensile strength test shown in FIG. 5, it can be said that this is appropriate from the viewpoint of increasing the strength of the completed three-dimensional structure 300.

図6は、本発明の第1の実施形態を示し、図1に示す造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率(%)を変化させて製造した3次元造形物300−2(ウレタン樹脂含浸前)、3次元造形物300−3(ウレタン樹脂含浸後)、及び、3次元造形物300−5(水性媒体浸漬後)のゴム硬度試験の結果を示す特性図である。具体的に、図6の3次元造形物300−5(水性媒体浸漬後)は、図1の水性媒体浸漬装置170において、1週間〜2週間、水性媒体に浸漬させたものである。また、図6は、デュロメーター・タイプAのゴム硬度試験装置を用いて得られた結果である。   FIG. 6 illustrates a first embodiment of the present invention, in which a three-dimensional model 300-2 (urethane) manufactured by changing the weight ratio (%) of the urethane resin powder to the total weight of the modeling material 200 illustrated in FIG. It is a characteristic diagram which shows the result of a rubber hardness test of three-dimensional molded article 300-3 (after impregnation with a urethane resin) and three-dimensional molded article 300-5 (after immersion in an aqueous medium) before resin impregnation. Specifically, the three-dimensional structure 300-5 (after immersion in the aqueous medium) in FIG. 6 is immersed in the aqueous medium for one to two weeks in the aqueous medium immersion apparatus 170 in FIG. FIG. 6 shows the results obtained using a durometer type A rubber hardness tester.

図6に示すゴム硬度試験の結果から、3次元造形物300−5(水性媒体浸漬後)は、水性媒体に浸漬させることにより、それぞれ、水性媒体に浸漬させる前の3次元造形物300−2(ウレタン樹脂含浸前)や3次元造形物300−3(ウレタン樹脂含浸後)よりも、著しく柔らかくなることが分かった。さらに、図6に示すゴム硬度試験の結果から、各3次元造形物300−5(水性媒体浸漬後)は、いずれも、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が0%の3次元造形物300−2(ウレタン樹脂含浸前)よりも、柔らかくなることが分かった。また、図6に示すゴム硬度試験の結果から、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が5%,20%及び30%の3次元造形物300−3(ウレタン樹脂含浸後)は、ウレタン樹脂を含浸させることにより、それぞれ、ウレタン樹脂を含浸させる前の3次元造形物300−2(ウレタン樹脂含浸前)よりも、若干ではあるが柔らかくなることが分かった。   From the result of the rubber hardness test shown in FIG. 6, the three-dimensional structure 300-5 (after immersion in the aqueous medium) is immersed in the aqueous medium, so that the three-dimensional structure 300-2 before immersion in the aqueous medium is obtained. (Before the impregnation of the urethane resin) and the three-dimensional model 300-3 (after the impregnation of the urethane resin) were found to be significantly softer. Further, from the results of the rubber hardness test shown in FIG. 6, in each of the three-dimensional molded objects 300-5 (after immersion in the aqueous medium), the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the molding material 200 is 3%. It turned out that it became softer than the three-dimensional structure 300-2 (before the urethane resin impregnation). Also, from the results of the rubber hardness test shown in FIG. 6, the three-dimensional model 300-3 (after the urethane resin impregnation) in which the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the modeling material 200 is 5%, 20%, and 30% is By impregnating with the urethane resin, it was found that each of the three-dimensional objects 300-2 before impregnation with the urethane resin (before the impregnation with the urethane resin) became slightly softer.

図7は、本発明の第1の実施形態を示し、図1に示す造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率(%)を変化させて製造した3次元造形物300−5の水中保管における形状保持の可否を示す図である。図7では、水中保管において形状を保持できた3次元造形物300−5を「○」で示し、水中保管において形状を保持できなかった3次元造形物300−5を「×」で示している。   FIG. 7 shows the first embodiment of the present invention, in which the three-dimensional structure 300-5 manufactured by changing the weight ratio (%) of the urethane resin powder to the total weight of the forming material 200 shown in FIG. It is a figure which shows the possibility of shape retention in storage. In FIG. 7, the three-dimensional structure 300-5 whose shape can be maintained in the underwater storage is indicated by “○”, and the three-dimensional structure 300-5 whose shape cannot be maintained in the underwater storage is indicated by “×”. .

図7に示すように、図1に示す造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が60%までの3次元造形物300−5は、水性媒体中の保管の際にその3次元造形物300−5の形状を保持することができるのに対し、図1に示す造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率が80%の3次元造形物は、水性媒体中の保管の際にその3次元造形物の形状が保てず崩れてしまうという結果が得られた。上述したように、本実施形態では、造形材料200に含まれるウレタン樹脂粉末は、造形材料200の総重量に対する重量比率が5%〜60%の範囲であることが好適であるとしている。この点、造形材料200の総重量に対するウレタン樹脂粉末の重量比率の上限を60%とすることは、図7に示す結果から、水性媒体中に保管する際に完成品である3次元造形物300の形状を保持するという観点からは妥当であると言える。   As shown in FIG. 7, the three-dimensional model 300-5 in which the weight ratio of the urethane resin powder to the total weight of the modeling material 200 shown in FIG. While the shape of the object 300-5 can be maintained, the three-dimensional object whose weight ratio of the urethane resin powder to 80% of the total weight of the object 200 shown in FIG. The result was that the shape of the three-dimensional model could not be maintained and collapsed. As described above, in the present embodiment, the urethane resin powder contained in the molding material 200 preferably has a weight ratio of 5% to 60% with respect to the total weight of the molding material 200. In this regard, setting the upper limit of the weight ratio of the urethane resin powder to 60% with respect to the total weight of the molding material 200 is based on the result shown in FIG. It can be said that this is appropriate from the viewpoint of maintaining the shape.

本発明の第1の実施形態によれば、石膏粉末にウレタン樹脂粉末を混合させた造形材料を用いて粉体積層法により生体部位を模した3次元造形物300を形成し、当該3次元造形物300に対してウレタン樹脂を含浸させるようにしたので、図5を用いて説明したように、石膏粉末にウレタン樹脂粉末を混合させない(0%)造形材料を用いて形成した3次元造形物よりも、強度が高い3次元造形物を形成することができる。また、図6を用いて説明したように、ウレタン樹脂を含浸させることにより、ウレタン樹脂を含浸させる前の3次元造形物300よりも、若干ではあるが柔らかくすることもできる。さらに、本発明の第1の実施形態によれば、ウレタン樹脂を含浸させた後、3次元造形物300を水性媒体に浸漬するようにしたので、図6を用いて説明したように、より柔らかい3次元造形物を形成することができる。加えて、本発明の第1の実施形態によれば、3次元造形物300を形成する際の造形液に、MRI撮影装置による画像撮影において3次元造形物300の形態を映出させるための造影材料を含めるようにしたので、医用画像撮影装置の一種であるMRI撮影装置による画像撮影が可能な3次元造形物300を形成することもできる。例えば本実施形態の技術を医療分野に適用すれば、個々の患者の生体部位(例えば臓器)をより実物に近い形で再現した3次元造形物を形成することができるため、例えばその3次元造形物を一般の手術トレーニングやMRI撮影装置を利用した手術トレーニング等に用いることができ、医療の質の向上を図ることが可能となる。   According to the first embodiment of the present invention, a three-dimensional structure 300 simulating a living body part is formed by a powder lamination method using a molding material in which a urethane resin powder is mixed with a gypsum powder, and the three-dimensional molding is performed. Since the object 300 is impregnated with the urethane resin, as described with reference to FIG. 5, a three-dimensional object formed using a molding material in which the urethane resin powder is not mixed with the gypsum powder (0%) is used. Also, a three-dimensional structure having high strength can be formed. In addition, as described with reference to FIG. 6, by impregnating the urethane resin, it is possible to soften the three-dimensional structure 300 slightly but slightly before impregnation with the urethane resin. Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, the three-dimensional structure 300 is immersed in the aqueous medium after the impregnation with the urethane resin, and therefore, as described with reference to FIG. A three-dimensional structure can be formed. In addition, according to the first embodiment of the present invention, a contrast medium for projecting the form of the three-dimensional structure 300 in the imaging liquid by the MRI imaging apparatus in the forming liquid when the three-dimensional structure 300 is formed. Since the material is included, it is possible to form the three-dimensional structure 300 capable of capturing an image by using an MRI imaging device, which is a kind of medical image imaging device. For example, if the technology of the present embodiment is applied to the medical field, it is possible to form a three-dimensional structure that reproduces a living body part (for example, an organ) of each patient in a form closer to the real thing. The object can be used for general surgery training or surgery training using an MRI imaging apparatus, and the quality of medical treatment can be improved.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置の概略構成について説明する。
(Second embodiment)
Next, a schematic configuration of an apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to a second embodiment of the present invention will be described.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置400の概略構成の一例を示すブロック図である。この図8において、図1に示す第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置100の概略構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。   FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of an apparatus 400 for manufacturing a three-dimensional structure according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same components as those of the schematic configuration of the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態に係る3次元造形物の製造装置400は、図8に示すように、情報入力装置110、情報処理・制御装置120、3次元造形物形成装置130、第1の熱処理装置140、ウレタン樹脂含浸装置150、第2の熱処理装置160、軟質樹脂形成装置410、第3の熱処理装置420、及び、水性媒体浸漬装置430を有して構成されている。   As shown in FIG. 8, a three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the present embodiment includes an information input device 110, an information processing / control device 120, a three-dimensional structure forming device 130, a first heat treatment device 140, and a urethane. The apparatus includes a resin impregnating device 150, a second heat treatment device 160, a soft resin forming device 410, a third heat treatment device 420, and an aqueous medium immersion device 430.

図8において、情報入力装置110、情報処理・制御装置120、3次元造形物形成装置130、第1の熱処理装置140、ウレタン樹脂含浸装置150及び第2の熱処理装置160は、図1に示す第1の実施形態に係る3次元造形物の製造装置100における各構成と同様であるため、その説明は省略する。但し、情報処理・制御装置120は、情報入力装置110から入力された各種の情報に基づいて、3次元造形物の製造装置400における各装置(130〜160,410〜430)を制御する。また、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、3次元造形物形成装置130は、生体部位を模した3次元造形物300−1を形成するものとする。さらに、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、3次元造形物形成装置130において生体部位を模した3次元造形物300−1を形成する際の造形液201に、MRI撮影装置による画像撮影において3次元造形物300の形態を映出させるための造影材料が含まれているものとする。また、この場合の造影材料としては、第1の実施形態と同様に、MRI撮影装置による画像撮影においてT1値及びT2値を近似させるために、陽性造影材料に相当するガドリニウム(Gd)と陰性造影材料に相当する鉄(Fe)とを、造形液201に微量含ませるものとする。   8, the information input device 110, the information processing / control device 120, the three-dimensional structure forming device 130, the first heat treatment device 140, the urethane resin impregnating device 150, and the second heat treatment device 160 shown in FIG. Since the configuration is the same as that of the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment, the description thereof is omitted. However, the information processing / control device 120 controls each device (130 to 160, 410 to 430) in the manufacturing device 400 of the three-dimensional structure based on various information input from the information input device 110. Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the three-dimensional structure forming apparatus 130 forms a three-dimensional structure 300-1 simulating a living body part. Further, in the second embodiment, as in the first embodiment, the MRI is applied to the molding liquid 201 when the three-dimensional structure 300-1 simulating a living body part is formed by the three-dimensional structure forming apparatus 130. It is assumed that a contrast material for projecting the form of the three-dimensional object 300 is included in image capturing by the image capturing device. In this case, as in the first embodiment, gadolinium (Gd) corresponding to a positive contrast material and negative contrast material are used as in the first embodiment in order to approximate the T1 value and the T2 value in imaging by an MRI imaging apparatus. A small amount of iron (Fe) corresponding to the material is included in the modeling liquid 201.

軟質樹脂形成装置410は、情報処理・制御装置120の制御に従って、生体部位を模した3次元造形物300−4の中空領域に当該3次元造形物よりも柔らかい軟質樹脂を形成する装置である。また、本実施形態においては、生体部位を模した3次元造形物300−4の中空領域に形成される軟質樹脂は、例えば、当該生体部位に存在する腫瘍若しくは脂肪組織、または、当該生体部位を構成する生体組織を模した物であることが好適である。   The soft resin forming device 410 is a device that forms a soft resin softer than the three-dimensional structure in the hollow region of the three-dimensional structure 300-4 imitating a living body part under the control of the information processing / control device 120. In the present embodiment, the soft resin formed in the hollow region of the three-dimensional structure 300-4 imitating the living body part is, for example, a tumor or adipose tissue existing in the living body part, or the living body part. It is preferable that the material simulates the constituent biological tissue.

ここで、軟質樹脂形成装置410で用いる軟質樹脂500について説明する。
本実施形態における軟質樹脂500は、ポリオール化合物にポリイソシアネート化合物などを混合したウレタン樹脂を主材料として形成されている。具体的に、本実施形態における軟質樹脂500は、ポリオール化合物の主剤と、ポリイソシアネート化合物などの硬化剤等(例えば、ポリイソシアネート、ジイソノニールフタレート(DINP)及びヘキサメチレンジイソシアネートを含む硬化剤等)との2液混合のウレタン樹脂を主材料として含み形成されている。この際、上述した硬化剤等において、ポリイソシアネートは当該硬化剤等の総重量に対する重量比率が10%〜20%の範囲であることが好適であり、ジイソノニールフタレートは当該硬化剤等の総重量に対する重量比率が80%〜90%の範囲であることが好適であり、ヘキサメチレンジイソシアネートは当該硬化剤等の総重量に対する重量比率が0.15%以下であることが好適である。さらに、本実施形態においては、軟質樹脂500は、上述した主材料に加えて、超音波診断装置による画像撮影(超音波撮影)において3次元造形物300の中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための超音波散乱材料を含み形成されているものとする。この際、本実施形態においては、超音波散乱材料として、ウレタン樹脂粉末を用いるものとするが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えば、カーボン粉末や石膏粉末を用いるようにしてもよい。さらに、本実施形態においては、軟質樹脂500は、上述した主材料に加えて、また上述した超音波散乱材料とともに、MRI撮影装置による画像撮影において3次元造形物300の中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための造影材料を含み形成されているものとする。また、この場合の造影材料としては、上述した造形液201に含ませる造影材料と同様に、陽性造影材料に相当するガドリニウム(Gd)と陰性造影材料に相当する鉄(Fe)とを微量含ませるものとする。なお、本実施形態においては、MRI撮影装置における造影材料を、上述した造形液201及び軟質樹脂500の両方に含有させるものとするが、本発明においてはこの形態に限定されるものではなく、例えば、MRI撮影装置における造影材料を造形液201及び軟質樹脂500のうちのいずれか一方に含有させる形態も、本発明に適用可能である。また、本実施形態においては、上述したように、MRI撮影装置における造影材料を造形液201及び軟質樹脂500の両方に含有させるが、この場合、MRI撮影装置による画像撮影において3次元造形物300の形態と当該3次元造形物300の中空領域に形成された軟質樹脂との両方を差別化して映出させるべく、造形液201及び軟質樹脂500に含有させる造影材料の濃度を調整してMRI画像としての映り方を変える。さらに、本実施形態における軟質樹脂500に顔料を混ぜて、3次元造形物300に形成される軟質樹脂に各種の色を付けることができるようにしてもよい。
Here, the soft resin 500 used in the soft resin forming apparatus 410 will be described.
The soft resin 500 in the present embodiment is formed mainly of a urethane resin obtained by mixing a polyol compound with a polyisocyanate compound or the like. Specifically, the soft resin 500 according to the present embodiment includes a main component of a polyol compound and a curing agent such as a polyisocyanate compound (for example, a curing agent containing polyisocyanate, diisononyl phthalate (DINP), and hexamethylene diisocyanate). And a urethane resin of a two-liquid mixture of the above as a main material. At this time, in the above-mentioned curing agent or the like, the polyisocyanate preferably has a weight ratio of 10% to 20% with respect to the total weight of the curing agent or the like, and diisononyl phthalate is the total amount of the curing agent or the like. The weight ratio to the weight is preferably in the range of 80% to 90%, and the weight ratio of hexamethylene diisocyanate to the total weight of the curing agent or the like is preferably 0.15% or less. Further, in the present embodiment, in addition to the above-described main material, the soft resin 500 is formed of the soft resin formed in the hollow region of the three-dimensional structure 300 in imaging (ultrasonic imaging) by the ultrasonic diagnostic apparatus. It is assumed that it is formed to include an ultrasonic scattering material for projection. At this time, in the present embodiment, as the ultrasonic scattering material, it is assumed that urethane resin powder is used.However, the present invention is not limited to this, and for example, carbon powder or gypsum powder may be used. Is also good. Further, in the present embodiment, the soft resin 500 is formed in the hollow region of the three-dimensional structure 300 in the image photographing by the MRI photographing apparatus together with the above-described main material and the above-mentioned ultrasonic scattering material. It shall be formed including a contrast material for projecting a soft resin. Further, as the contrast material in this case, similarly to the contrast material contained in the above-described modeling liquid 201, a small amount of gadolinium (Gd) corresponding to the positive contrast material and iron (Fe) corresponding to the negative contrast material is contained. Shall be. Note that, in the present embodiment, the contrast material in the MRI imaging apparatus is contained in both the above-described modeling liquid 201 and the soft resin 500. However, the present invention is not limited to this form, and for example, Also, an embodiment in which a contrast material in an MRI imaging apparatus is included in one of the modeling liquid 201 and the soft resin 500 is also applicable to the present invention. Further, in the present embodiment, as described above, the contrast material in the MRI imaging apparatus is contained in both the modeling liquid 201 and the soft resin 500. In this case, the three-dimensional object 300 is captured in the imaging by the MRI imaging apparatus. In order to differentiate and project both the form and the soft resin formed in the hollow area of the three-dimensional structure 300, the concentration of the contrast material contained in the forming liquid 201 and the soft resin 500 is adjusted to obtain an MRI image. Change the way the image is reflected. Furthermore, a pigment may be mixed with the soft resin 500 in the present embodiment so that the soft resin formed on the three-dimensional structure 300 can be given various colors.

以下に、軟質樹脂500に含まれる超音波散乱材料の重量比率について記載する。軟質樹脂500に含まれる超音波散乱材料は、超音波撮影において3次元造形物300の中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるという観点から、軟質樹脂500に含まれる2液混合のウレタン樹脂の総重量に対する重量比率が10%〜25%の範囲であることが好適である。これは、軟質樹脂500に含まれる2液混合のウレタン樹脂の総重量に対する超音波散乱材料の重量比率が、10%未満になる場合及び25%を超える場合には、超音波撮影において3次元造形物300の中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させることが困難になるという不具合が生じるためである。   Hereinafter, the weight ratio of the ultrasonic scattering material included in the soft resin 500 will be described. The ultrasonic scattering material contained in the soft resin 500 is a two-liquid mixed urethane contained in the soft resin 500 from the viewpoint of projecting the soft resin formed in the hollow region of the three-dimensional structure 300 in ultrasonic imaging. It is preferable that the weight ratio to the total weight of the resin is in the range of 10% to 25%. This is because when the weight ratio of the ultrasonic scattering material to the total weight of the two-liquid mixed urethane resin contained in the soft resin 500 is less than 10% or more than 25%, three-dimensional modeling is performed in the ultrasonic imaging. This is because it is difficult to project the soft resin formed in the hollow region of the object 300.

第3の熱処理装置420は、情報処理・制御装置120の制御に従って、軟質樹脂形成装置410において軟質樹脂srが形成された3次元造形物300−6を所定の温度で熱処理(第3の熱処理)する装置である。本実施形態においては、第3の熱処理装置420は、3次元造形物300−6に対して、温度60℃程度で3時間程度の熱処理を行う。本例では、この第3の熱処理装置420による第3の熱処理により、3次元造形物300−6における軟質樹脂srを硬化させる。   The third heat treatment device 420 heat-treats the three-dimensional structure 300-6 on which the soft resin sr is formed in the soft resin forming device 410 at a predetermined temperature according to the control of the information processing / control device 120 (third heat treatment). It is a device to do. In the present embodiment, the third heat treatment apparatus 420 performs heat treatment on the three-dimensional structure 300-6 at a temperature of about 60 ° C. for about 3 hours. In the present embodiment, the soft resin sr in the three-dimensional structure 300-6 is cured by the third heat treatment by the third heat treatment device 420.

水性媒体浸漬装置430は、情報処理・制御装置120の制御に従って、第3の熱処理装置420で熱処理された3次元造形物300−7を水性媒体に浸漬する装置である。ここで、水性媒体とは、3次元造形物300の強度と柔らかさを損なうことがなければ特に限定されないが、水、生理食塩水、緩衝液、グリセリンやエチレングリコール等の水性有機溶媒、または、これらの混合物等を挙げることができ、それらに水溶性の物質を溶解させることもできる。また、1つの態様として、上述した水性媒体に防腐・防カビ剤を添加することができる。防腐・防カビ剤は、3次元造形物300−7及び水性媒体の防腐・防カビ機能を有し、3次元造形物300の強度と柔らかさに影響を及ぼすことがない、水溶性の防腐・防カビ剤であれば特に限定されないが、取扱いや手術トレーニング等を行うことを考慮すれば、刺激性の低いものが好ましく、過酸化水素、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、フェノキシエタノール、安息香酸ナトリウム、パラオキシ安息香酸エステルまたはその塩等を挙げることができ、それぞれ防腐・防カビ機能を発揮する適切な濃度で使用できる。本実施形態においては、水性媒体浸漬装置430は、例えば、3次元造形物300−7を、温度80℃〜95℃の水性媒体に1時間程度浸漬させることが好適である。そして、例えば手術トレーニング等を行う際には、3次元造形物の製造装置400は、水性媒体浸漬装置430から3次元造形物300−8を取り出す処理を行う。   The aqueous medium immersion device 430 is an device for immersing the three-dimensional structure 300-7 heat-treated by the third heat treatment device 420 in an aqueous medium under the control of the information processing / control device 120. Here, the aqueous medium is not particularly limited as long as it does not impair the strength and softness of the three-dimensional structure 300, but water, saline, a buffer, an aqueous organic solvent such as glycerin or ethylene glycol, or These mixtures and the like can be mentioned, and a water-soluble substance can be dissolved therein. In one embodiment, an antiseptic / antifungal agent can be added to the aqueous medium described above. The antiseptic / antifungal agent has an antiseptic / fungicidal function for the three-dimensional object 300-7 and the aqueous medium, and does not affect the strength and softness of the three-dimensional object 300. It is not particularly limited as long as it is a fungicide, but in consideration of handling, surgical training, etc., those with low irritation are preferred, and hydrogen peroxide, hypochlorous acid, sodium hypochlorite, phenoxyethanol, benzoic acid Sodium acid, p-hydroxybenzoic acid ester or a salt thereof and the like can be mentioned, and each can be used at an appropriate concentration exhibiting a preservative / antifungal function. In the present embodiment, the aqueous medium immersion apparatus 430 preferably immerses the three-dimensional structure 300-7 in an aqueous medium at a temperature of 80 ° C to 95 ° C for about one hour, for example. Then, for example, when performing surgical training or the like, the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 performs a process of taking out the three-dimensional structure 300-8 from the aqueous medium immersion device 430.

なお、図8に示す例では、第1の熱処理装置140と第2の熱処理装置160と第3の熱処理装置420との3つの熱処理装置を設ける態様を示しているが、本実施形態においては、この態様に限定されるものではなく、例えば1つの熱処理装置を設けて、この1つの熱処理装置において第1の熱処理装置140による第1の熱処理と第2の熱処理装置160による第2の熱処理と第3の熱処理装置420による第3の熱処理とを行う態様も、本実施形態に適用可能である。また、3次元造形物300を長時間かけて自然乾燥させる場合等には、第1の熱処理装置140、第2の熱処理装置160及び第3の熱処理装置420のうちの少なくともいずれか1つ或いはその全てを設けない態様も、本実施形態に適用可能である。例えば、第3の熱処理装置420を設けずに、3次元造形物300−6における軟質樹脂srを長時間かけて反応させる場合等には、室温で24時間程度の反応を要する。   Note that the example shown in FIG. 8 illustrates a mode in which three heat treatment apparatuses, that is, a first heat treatment apparatus 140, a second heat treatment apparatus 160, and a third heat treatment apparatus 420 are provided. However, in this embodiment, The present invention is not limited to this mode. For example, one heat treatment apparatus is provided, and in this one heat treatment apparatus, the first heat treatment by the first heat treatment apparatus 140, the second heat treatment by the second heat treatment apparatus 160, and the second heat treatment The mode of performing the third heat treatment by the third heat treatment apparatus 420 is also applicable to the present embodiment. In the case where the three-dimensional structure 300 is naturally dried over a long period of time, for example, at least one of the first heat treatment apparatus 140, the second heat treatment apparatus 160, and the third heat treatment apparatus 420, or a combination thereof. A mode in which all of them are not provided is also applicable to the present embodiment. For example, when the soft resin sr in the three-dimensional structure 300-6 is allowed to react for a long time without providing the third heat treatment apparatus 420, the reaction requires about 24 hours at room temperature.

次に、本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置400により実行される3次元造形物の製造方法の処理手順について説明する。   Next, a processing procedure of a method for manufacturing a three-dimensional structure executed by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention will be described.

図9は、本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置400により実行される3次元造形物の製造方法における処理手順の一例を示すフローチャートである。以下に、この図9に示すフローチャートの処理を、図8を参照しながら説明する。また、図9に示すフローチャートの処理において、図2に示す第1の実施形態におけるフローチャートの処理と同様の処理ステップについては同じステップ番号を付しており、その詳細な説明は省略する。   FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in a method for manufacturing a three-dimensional structure executed by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention. The processing of the flowchart shown in FIG. 9 will be described below with reference to FIG. In the processing of the flowchart shown in FIG. 9, the same processing steps as those in the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same step numbers, and detailed description thereof will be omitted.

図9に示すフローチャートの処理においては、まず、図2に示す第1の実施形態におけるフローチャートのステップS1〜S9の処理を行う。これにより、図8に示す、生体部位を模した3次元造形物300−4が得られる。なお、本実施形態においては、図9のステップS1では、3次元造形物300−1の形成に係る3次元造形データに加えて、軟質樹脂srの形成に係る3次元造形データの入力も行うものとする。   In the processing of the flowchart shown in FIG. 9, first, the processing of steps S1 to S9 of the flowchart in the first embodiment shown in FIG. 2 is performed. Thus, a three-dimensional structure 300-4 simulating a living body part shown in FIG. 8 is obtained. In the present embodiment, in step S1 of FIG. 9, in addition to the three-dimensional printing data related to the formation of the three-dimensional printing object 300-1, the three-dimensional printing data related to the formation of the soft resin sr is also input. And

続いて、図9のステップS21において、図8の軟質樹脂形成装置410は、情報処理・制御装置120の制御に従って、生体部位を模した3次元造形物300−4の中空領域に当該3次元造形物よりも柔らかい軟質樹脂を形成する処理を行う。この際、本実施形態においては、生体部位を模した3次元造形物300−4の中空領域に形成される軟質樹脂は、例えば、当該生体部位に存在する腫瘍若しくは脂肪組織、または、当該生体部位を構成する生体組織を模した物であることが好適である。また、軟質樹脂形成装置410で用いる軟質樹脂500は、上述したように、ポリオール化合物の主剤とポリイソシアネート化合物などの硬化剤等との2液混合のウレタン樹脂を主材料として含むとともに、この主材料に加えて、超音波診断装置による画像撮影において3次元造形物300の中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための超音波散乱材料と、MRI撮影装置による画像撮影において3次元造形物300の中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための造影材料とを含み形成されているものとする。   Subsequently, in step S21 in FIG. 9, the soft resin forming device 410 in FIG. 8, under the control of the information processing / control device 120, places the three-dimensional structure in the hollow region of the three-dimensional structure 300-4 simulating a living body part. A process for forming a soft resin softer than the object is performed. At this time, in the present embodiment, the soft resin formed in the hollow region of the three-dimensional structure 300-4 imitating the living body part is, for example, a tumor or a fat tissue existing in the living body part, or the living body part. It is preferable that the material imitates the living tissue constituting the above. As described above, the soft resin 500 used in the soft resin forming apparatus 410 includes, as a main material, a urethane resin of a two-liquid mixture of a main component of a polyol compound and a curing agent such as a polyisocyanate compound. In addition to the above, an ultrasonic scattering material for projecting the soft resin formed in the hollow region of the three-dimensional modeled object 300 in imaging by the ultrasonic diagnostic apparatus, and a three-dimensional modeled object in imaging by the MRI imaging apparatus And a contrast material for projecting the soft resin formed in the hollow region 300.

続いて、図9のステップS22において、図8の第3の熱処理装置420は、情報処理・制御装置120の制御に従って、軟質樹脂形成装置410において軟質樹脂srが形成された3次元造形物300−6を所定の温度で熱処理(第3の熱処理)を行う。本実施形態においては、第3の熱処理装置420は、3次元造形物300−6に対して、温度60℃程度で3時間程度の熱処理を行う。   Subsequently, in step S22 in FIG. 9, the third heat treatment apparatus 420 in FIG. 8 controls the three-dimensional structure 300-in which the soft resin sr is formed in the soft resin forming apparatus 410 according to the control of the information processing / control apparatus 120. 6 is subjected to a heat treatment (third heat treatment) at a predetermined temperature. In the present embodiment, the third heat treatment apparatus 420 performs heat treatment on the three-dimensional structure 300-6 at a temperature of about 60 ° C. for about 3 hours.

続いて、図9のステップS23において、図8の水性媒体浸漬装置430は、情報処理・制御装置120の制御に従って、第3の熱処理装置420で熱処理された3次元造形物300−7を水性媒体に浸漬する処理を行う。そして、例えば手術トレーニング等を行う際には、3次元造形物の製造装置400は、水性媒体浸漬装置430から3次元造形物300−8を取り出す処理を行う。   Subsequently, in step S23 in FIG. 9, the aqueous medium immersion device 430 in FIG. 8, under the control of the information processing / control device 120, transfers the three-dimensional object 300-7 heat-treated by the third heat treatment device 420 to the aqueous medium. Immersion treatment. Then, for example, when performing surgical training or the like, the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 performs a process of taking out the three-dimensional structure 300-8 from the aqueous medium immersion device 430.

なお、3次元造形物300を長時間かけて自然乾燥させる場合等には、必要に応じて、図9のステップS7における第1の熱処理、図9のステップS9における第2の熱処理及び図9のステップS22における第3の熱処理のうちの少なくともいずれか1つ或いはその全てを省略する態様も、本実施形態に適用可能である。例えば、図9のステップS22における第3の熱処理を行わずに、3次元造形物300−6における軟質樹脂srを長時間かけて反応させる場合等には、室温で24時間程度の反応を要する。   In the case where the three-dimensional structure 300 is naturally dried over a long period of time, the first heat treatment in step S7 in FIG. 9, the second heat treatment in step S9 in FIG. A mode in which at least one or all of the third heat treatment in step S22 is omitted is also applicable to the present embodiment. For example, when the soft resin sr in the three-dimensional structure 300-6 is allowed to react for a long time without performing the third heat treatment in step S22 in FIG. 9, a reaction for about 24 hours is required at room temperature.

図9のステップS23の処理が終了すると、図9に示すフローチャートの処理が終了する。図9に示すフローチャートの処理により、粉体積層法により石膏とウレタン樹脂とを含み(更には防腐・防カビ剤を含み)、且つ、軟質樹脂srが形成されて成る3次元造形物300が製造される。   When the processing in step S23 in FIG. 9 ends, the processing in the flowchart illustrated in FIG. 9 ends. By the processing of the flowchart shown in FIG. 9, a three-dimensional structure 300 including gypsum and a urethane resin (further including an antiseptic / antifungal agent) and a soft resin sr formed by the powder lamination method is manufactured. Is done.

図10は、本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置400により製造される3次元造形物300の一例を示す図である。ここで、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置400は、生体部位を模した3次元造形物300を製造するものであるが、図10では、生体部位として腎臓を模した3次元造形物300を製造する例を示している。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional structure 300 manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention. Here, the manufacturing apparatus 400 for a three-dimensional structure according to the present embodiment is for manufacturing the three-dimensional structure 300 that simulates a living body part. The example which manufactures thing 300 is shown.

具体的に、図10(a)は、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置400により製造される3次元造形物300−8の一例を模式的に示した図であり、腎臓を模した3次元造形物300−8とともに、尿管、腎静脈及び腎動脈が示されている。また、図10(a)には、腎臓を模した3次元造形物300−8の中空領域に、当該腎臓に存在する腫瘍を模した軟質樹脂srが示されている。   Specifically, FIG. 10A is a diagram schematically illustrating an example of a three-dimensional structure 300-8 manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the present embodiment, and illustrates a kidney. The ureter, renal vein and renal artery are shown, together with the three-dimensional structure 300-8 shown. FIG. 10A shows a soft resin sr simulating a tumor existing in the kidney in a hollow region of the three-dimensional structure 300-8 simulating a kidney.

また、図10(b)は、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置400を用いて実際に製造した図10(a)に基づく3次元造形物300−4を示す画像である。この図10(b)に示す、腎臓を模した3次元造形物300−4には、破線で示す中空領域が存在している。   FIG. 10B is an image showing a three-dimensional structure 300-4 based on FIG. 10A actually manufactured using the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the present embodiment. In the three-dimensional structure 300-4 imitating the kidney shown in FIG. 10B, there is a hollow region indicated by a broken line.

また、図10(c)は、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置400を用いて実際に製造した図10(a)に基づく3次元造形物300−6(最終的には3次元造形物300−8)を示す画像である。この図10(c)に示す、腎臓を模した3次元造形物300−6(最終的には3次元造形物300−8)は、図10(b)に示す3次元造形物300−4の中空領域に、腫瘍を模した軟質樹脂srを形成したものである。   FIG. 10C shows a three-dimensional structure 300-6 (finally three-dimensional) based on FIG. 10A actually manufactured using the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the present embodiment. It is an image showing modeling thing 300-8). The three-dimensional structure 300-6 (finally, the three-dimensional structure 300-8) imitating the kidney shown in FIG. 10C is the same as the three-dimensional structure 300-4 shown in FIG. A soft resin sr simulating a tumor is formed in a hollow region.

図11は、本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置400により製造される3次元造形物300の他の一例を示す図である。ここで、図11では、生体部位として肝臓を模した3次元造形物300を製造する例を示している。   FIG. 11 is a diagram showing another example of the three-dimensional structure 300 manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention. Here, FIG. 11 shows an example of manufacturing a three-dimensional structure 300 simulating a liver as a living body part.

具体的に、図11(a)は、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置400により製造される3次元造形物300−8の一例を模式的に示した図であり、肝臓を模した3次元造形物300−8とともに、下大静脈及び門脈が示されている。また、図11(a)には、肝臓を模した3次元造形物300−8の中空領域に、当該肝臓を構成する生体組織を模した軟質樹脂srが示されている。また、図11(a)には、3次元造形物300−8の一部を構成するものであって軟質樹脂srを包蔵する部分造形物1101と、3次元造形物300−8の一部を構成するものであって軟質樹脂srに包蔵される部分造形物1102が示されている。ここで、図11(a)に示す部分造形物1102は、肝臓の内部に存在する血管を模した例を示しているが、本実施形態においてはこれに限定されるものではなく、例えば肝臓の内部に存在する脈管を模した物も、部分造形物1102として適用可能である。   Specifically, FIG. 11A is a diagram schematically illustrating an example of a three-dimensional structure 300-8 manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the present embodiment, and illustrates a liver. The inferior vena cava and portal vein are shown with the three-dimensional structure 300-8 shown. FIG. 11A shows a soft resin sr simulating a living tissue constituting the liver in a hollow region of a three-dimensional structure 300-8 simulating a liver. In addition, FIG. 11A shows a part of the three-dimensional structure 300-8 which constitutes a part of the three-dimensional structure 300-8 and includes the soft resin sr and a part of the three-dimensional structure 300-8. A partially shaped object 1102 which is a constituent and is embedded in the soft resin sr is shown. Here, the partially formed object 1102 shown in FIG. 11A shows an example in which a blood vessel existing inside the liver is simulated. However, the present embodiment is not limited to this. An object that imitates a blood vessel present inside can also be applied as the partially formed object 1102.

また、図11(b)は、本実施形態に係る3次元造形物の製造装置400を用いて実際に製造した図11(a)に基づく3次元造形物300−8を示す画像である。
図11(a)及び図11(b)に示す例では、軟質樹脂srは、3次元造形物300−8の一部である部分造形物1102を包蔵して形成されている。
FIG. 11B is an image showing a three-dimensional structure 300-8 based on FIG. 11A actually manufactured using the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the present embodiment.
In the example shown in FIG. 11A and FIG. 11B, the soft resin sr is formed by enclosing the partial molded object 1102 that is a part of the three-dimensional molded object 300-8.

図12は、本発明の第2の実施形態に係る3次元造形物の製造装置400により製造される3次元造形物300のその他の一例を示す図である。具体的に、図12には、3次元造形物300として、脳を模した3次元造形物300−8を形成する例が示されている。   FIG. 12 is a diagram showing another example of the three-dimensional structure 300 manufactured by the three-dimensional structure manufacturing apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 12 shows an example in which a three-dimensional structure 300-8 simulating the brain is formed as the three-dimensional structure 300.

より詳細に、図12には、脳を模した3次元造形物300−8の中空領域に、当該脳を構成する生体組織を模した第1の軟質樹脂sr−1と、当該脳に存在する腫瘍を模した第2の軟質樹脂sr−2が示されている。ここで、本実施形態においては、第1の軟質樹脂sr−1と第2の軟質樹脂sr−2とは、柔らかさの異なる軟質樹脂であるものとする。この場合、軟質樹脂形成装置410は、情報処理・制御装置120の制御に従って、例えば軟質樹脂500に主材料として含まれるウレタン樹脂の配合比を変えることにより、柔らかさの異なる複数の軟質樹脂である第1の軟質樹脂sr−1及び第2の軟質樹脂sr−2を形成する。なお、本実施形態においては、第1の軟質樹脂sr−1及び第2の軟質樹脂sr−2は、柔らかさの異なる軟質樹脂であるものとするが、本発明においてはこの形態に限定されるものではなく、同じ柔らかさの軟質樹脂として形成する形態も、本発明に適用可能である。   More specifically, in FIG. 12, a first soft resin sr-1 simulating a living tissue constituting the brain is present in a hollow region of a three-dimensional structure 300-8 simulating the brain, and is present in the brain. A second soft resin sr-2 simulating a tumor is shown. Here, in the present embodiment, it is assumed that the first soft resin sr-1 and the second soft resin sr-2 are soft resins having different softness. In this case, the soft resin forming device 410 is a plurality of soft resins having different softness, for example, by changing the mixing ratio of urethane resin included as a main material in the soft resin 500 according to the control of the information processing / control device 120. A first soft resin sr-1 and a second soft resin sr-2 are formed. In the present embodiment, the first soft resin sr-1 and the second soft resin sr-2 are soft resins having different softness, but the present invention is not limited to this mode. The present invention is not limited to this, and a form formed as a soft resin having the same softness is also applicable to the present invention.

また、図12には、3次元造形物300−8の一部を構成するものであって第1の軟質樹脂sr−1及び第2の軟質樹脂sr−2を包蔵する部分造形物1201と、3次元造形物300−8の一部を構成するものであって第1の軟質樹脂sr−1に包蔵される(場合によっては更に第2の軟質樹脂sr−2に包蔵される)部分造形物1202が示されている。ここで、図12に示す部分造形物1202は、脳の内部に存在する血管を模した例を示している。そして、図12に示す例では、第1の軟質樹脂sr−1は、3次元造形物300−8の一部である部分造形物1202を包蔵して形成されている。   FIG. 12 also shows a partial modeled object 1201 that constitutes a part of the three-dimensional modeled object 300-8 and includes the first soft resin sr-1 and the second soft resin sr-2, Partially formed object that constitutes a part of the three-dimensional object 300-8 and is embedded in the first soft resin sr-1 (and in some cases, further embedded in the second soft resin sr-2) 1202 is shown. Here, an example of a partially formed object 1202 shown in FIG. 12 simulates a blood vessel existing inside the brain. Then, in the example shown in FIG. 12, the first soft resin sr-1 is formed so as to embed a partial molded object 1202 which is a part of the three-dimensional molded object 300-8.

本発明の第2の実施形態によれば、3次元造形物300の中空領域に当該3次元造形物よりも柔らかい軟質樹脂srを形成するようにしたので、第1の実施形態における効果に加えて、柔らかさの異なる部分を有する3次元造形物300を形成することができる。さらに、本発明の第2の実施形態によれば、軟質樹脂に、超音波診断装置による画像撮影(超音波撮影)において3次元造形物300の中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための超音波散乱材料や、MRI撮影装置による画像撮影において3次元造形物300の形態を映出させるための造影材料を含み形成するようにしたので、医用画像撮影装置の一種である超音波診断装置やMRI撮影装置による画像撮影が可能な3次元造形物300を形成することもできる。例えば本実施形態の技術を医療分野に適用すれば、生体部位(例えば臓器)に存在する腫瘍若しくは脂肪組織、または、当該生体部位を構成する生体組織を軟質樹脂srで再現することにより、個々の患者の生体部位をより実物に近い形で再現した3次元造形物を形成することができるため、例えばその3次元造形物を一般の手術トレーニングや超音波診断装置或いはMRI撮影装置を利用した手術トレーニング等に用いることができ、医療の質の向上を図ることが可能となる。   According to the second embodiment of the present invention, the soft resin sr that is softer than the three-dimensional structure is formed in the hollow region of the three-dimensional structure 300, so that in addition to the effects of the first embodiment, Thus, the three-dimensional structure 300 having portions having different softness can be formed. Further, according to the second embodiment of the present invention, the soft resin formed in the hollow region of the three-dimensional structure 300 is projected on the soft resin in the image photographing (ultrasonic photographing) by the ultrasonic diagnostic apparatus. And an ultrasound scattering material for projecting the form of the three-dimensional object 300 in imaging by an MRI imaging apparatus, so that the ultrasound diagnosis is a kind of medical imaging apparatus. It is also possible to form a three-dimensional structure 300 capable of capturing an image by an apparatus or an MRI imaging apparatus. For example, if the technology of the present embodiment is applied to the medical field, individual tumors or adipose tissue existing in a living body part (for example, an organ) or a living tissue constituting the living body part can be reproduced by the soft resin sr, thereby obtaining individual tissues. Since it is possible to form a three-dimensional structure that reproduces a living body part of a patient in a more realistic form, for example, the three-dimensional structure can be used for general surgical training or surgical training using an ultrasound diagnostic apparatus or an MRI imaging apparatus. Etc., and the quality of medical treatment can be improved.

(その他の実施形態)
上述した本発明の実施形態においては、3次元造形物300で模造する生体部位として腎臓や肝臓、脳を用いた例について説明したが、本発明においてはこれに限定されるものではない。例えば、生体部位として、膵臓や肺などの他の器官(臓器)や、上皮組織や筋肉組織などの動物組織を適用する形態も、本発明に含まれる。
(Other embodiments)
In the embodiment of the present invention described above, an example is described in which a kidney, a liver, and a brain are used as a living body part to be imitated by the three-dimensional structure 300, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention includes a form in which other organs (organs) such as pancreas and lung, and animal tissues such as epithelial tissue and muscle tissue are applied as a living body part.

なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   It should be noted that the above-described embodiments of the present invention are merely examples of specific embodiments for carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. It is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features.

100 3次元造形物の製造装置、110 情報入力装置、120 情報処理・制御装置、130 3次元造形物形成装置、140 第1の熱処理装置、150 ウレタン樹脂塗料含浸装置、160 第2の熱処理装置、170 水溶液浸漬装置、200 造形用粉体、300−1〜300−5 3次元造形物 Reference Signs List 100 100 three-dimensional object manufacturing device, 110 information input device, 120 information processing / control device, 130 three-dimensional object forming device, 140 first heat treatment device, 150 urethane resin paint impregnation device, 160 second heat treatment device, 170 aqueous solution immersion apparatus, 200 modeling powder, 300-1 to 300-5 three-dimensional model

Claims (27)

石膏粉末にウレタン樹脂粉末を混合させた造形材料を用いて、粉体積層法により生体部位を模した3次元造形物を形成する工程と、
前記3次元造形物に対してウレタン樹脂を含浸させる工程と
前記ウレタン樹脂を含浸させる工程が終了した後に、前記3次元造形物の中空領域に当該3次元造形物よりも柔らかい軟質樹脂であってウレタン樹脂を主材料とする柔らかさの異なる複数の軟質樹脂を形成する工程と、
を有することを特徴とする3次元造形物の製造方法。
A step of forming a three-dimensional structure simulating a living body part by a powder lamination method using a molding material obtained by mixing a urethane resin powder with a gypsum powder;
A step of impregnating the three-dimensional structure with a urethane resin ;
After the step of impregnating the urethane resin is completed, a plurality of soft resins having softness different from the softness of the three-dimensional structure, which are softer than the three-dimensional structure, are mainly used in the hollow region of the three-dimensional structure. Forming,
A method for producing a three-dimensional structure, comprising:
前記複数の軟質樹脂を形成する工程では、前記ウレタン樹脂の配合比を変えることにより、前記柔らかさの異なる前記複数の軟質樹脂を形成することを特徴とする請求項1に記載の3次元造形物の製造方法。The three-dimensional structure according to claim 1, wherein in the step of forming the plurality of soft resins, the plurality of soft resins having different softnesses are formed by changing a compounding ratio of the urethane resin. Manufacturing method. 前記複数の軟質樹脂を形成する工程が終了した後、前記3次元造形物を水性媒体に浸漬する工程を更に有することを特徴とする請求項1または2に記載の3次元造形物の製造方法。 After forming the plurality of soft resin is completed, the production method of three-dimensional molded article according to claim 1 or 2, said 3-dimensional shaped object, characterized by further comprising a step of immersing in an aqueous medium . 前記水性媒体には、防腐・防カビ剤が溶解されていることを特徴とする請求項に記載の3次元造形物の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 3 , wherein an antiseptic / antifungal agent is dissolved in the aqueous medium. 前記軟質樹脂は、前記生体部位に存在する腫瘍若しくは脂肪組織、または、前記生体部位を構成する生体組織を模した物であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造方法。 The soft resin is a tumor or adipose tissue present in the body part, or, according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the biological tissue constituting the body part is obtained by imitating A method for manufacturing a three-dimensional structure. 前記軟質樹脂は、前記3次元造形物の一部である部分造形物を包蔵して形成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造方法。 The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the soft resin is formed by enclosing a partial structure that is a part of the three-dimensional structure. . 前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための造影材料を含み形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造方法。 The soft resin, in addition to the main material, characterized in that it is formed including a contrast material for projecting the soft resin formed in the hollow region in imaging using nuclear magnetic resonance imaging. The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 6 . 前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、超音波撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための超音波散乱材料を含み形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造方法。 The soft resin, in addition to the main material, according to claim 1, characterized in that it is formed comprises a ultrasound scattering material for out movies the soft resin is formed in the hollow region in the ultrasound imaging The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 7 . 前記3次元造形物を形成する工程は、前記粉体積層法による各層ごとに前記造形材料に対して接着剤の機能を有する造形液を吐出して固化することで前記3次元造形物を形成するものであり、
前記造形液には、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において前記3次元造形物の形態を映出させるための造影材料が含まれていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造方法。
In the step of forming the three-dimensional structure, the three-dimensional structure is formed by discharging and solidifying a forming liquid having an adhesive function to the forming material for each layer by the powder lamination method. Things,
Wherein the shaped solution, any one of claims 1 to 8, characterized in that it contains the contrast material for out movies the form of the three-dimensional shaped object in imaging using a nuclear magnetic resonance imaging Item 3. The method for producing a three-dimensional structure according to item 1.
前記ウレタン樹脂粉末は、前記造形材料の総重量に対する重量比率が5%〜60%であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造方法。 The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 9 , wherein a weight ratio of the urethane resin powder to a total weight of the modeling material is 5% to 60%. 石膏粉末にウレタン樹脂粉末を混合させた造形材料を用いて、粉体積層法により生体部位を模した3次元造形物を形成する3次元造形物形成手段と、
前記3次元造形物に対してウレタン樹脂を含浸させるウレタン樹脂含浸手段と
前記ウレタン樹脂含浸手段による前記ウレタン樹脂の含浸が終了した後に、前記3次元造形物の中空領域に当該3次元造形物よりも柔らかい軟質樹脂であってウレタン樹脂を主材料とする柔らかさの異なる複数の軟質樹脂を形成する軟質樹脂形成手段と、
を有することを特徴とする3次元造形物の製造装置。
A three-dimensional object forming means for forming a three-dimensional object simulating a living body part by a powder lamination method using a molding material obtained by mixing a urethane resin powder with a gypsum powder;
Urethane resin impregnating means for impregnating the three-dimensional structure with a urethane resin ,
After completion of the impregnation of the urethane resin by the urethane resin impregnating means, a plurality of soft resins having softness different from those of the three-dimensional structure and having urethane resin as a main material in the hollow region of the three-dimensional structure. Soft resin forming means for forming a soft resin,
An apparatus for manufacturing a three-dimensional structure, comprising:
前記軟質樹脂形成手段は、前記ウレタン樹脂の配合比を変えることにより、前記柔らかさの異なる前記複数の軟質樹脂を形成することを特徴とする請求項11に記載の3次元造形物の製造装置。The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 11, wherein the soft resin forming means forms the plurality of soft resins having different softness by changing a mixing ratio of the urethane resin. 前記軟質樹脂形成手段による前記複数の軟質樹脂の形成が終了した後、前記3次元造形物を水性媒体に浸漬する水性媒体浸漬手段を更に有することを特徴とする請求項11または12に記載の3次元造形物の製造装置。 After formation of the plurality of soft resin by the soft resin forming means has ended, the three-dimensional molded article according to claim 11 or 12, further comprising an aqueous medium immersion means for immersion in an aqueous medium Equipment for manufacturing three-dimensional objects. 前記水性媒体には、防腐・防カビ剤が溶解されていることを特徴とする請求項13に記載の3次元造形物の製造装置。 14. The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 13 , wherein an antiseptic / antifungal agent is dissolved in the aqueous medium. 前記軟質樹脂は、前記生体部位に存在する腫瘍若しくは脂肪組織、または、前記生体部位を構成する生体組織を模した物であることを特徴とする請求項11乃至14のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造装置。 The said soft resin is the thing which imitated the tumor or fat tissue which exists in the said biological part, or the biological tissue which comprises the said biological part, The Claims any one of Claims 11-14 characterized by the above-mentioned. Equipment for manufacturing three-dimensional objects. 前記軟質樹脂は、前記3次元造形物の一部である部分造形物を包蔵して形成されていることを特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造装置。 The manufacturing of the three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 15, wherein the soft resin is formed by enclosing a partial structure that is a part of the three-dimensional structure. apparatus. 前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための造影材料を含み形成されていることを特徴とする請求項11乃至16のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造装置。 The soft resin, in addition to the main material, characterized in that it is formed including a contrast material for projecting the soft resin formed in the hollow region in imaging using nuclear magnetic resonance imaging. The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 16 . 前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、超音波撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための超音波散乱材料を含み形成されていることを特徴とする請求項11乃至17のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造装置。 The soft resin, in addition to the main material, according to claim 11, characterized in that it is formed comprises a ultrasound scattering material for out movies the soft resin is formed in the hollow region in the ultrasound imaging 18. The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 17 to 17 . 前記3次元造形物形成手段は、前記粉体積層法による各層ごとに前記造形材料に対して接着剤の機能を有する造形液を吐出して固化することで前記3次元造形物を形成するものであり、
前記造形液には、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において前記3次元造形物の形態を映出させるための造影材料が含まれていることを特徴とする請求項11乃至18のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造装置。
The three-dimensional structure forming means forms the three-dimensional structure by discharging and solidifying a forming liquid having an adhesive function to the forming material for each layer by the powder lamination method. Yes,
The imaging liquid according to any one of claims 11 to 18 , wherein the shaping liquid contains a contrast material for projecting the form of the three-dimensional object in imaging using nuclear magnetic resonance imaging. Item 3. The apparatus for producing a three-dimensional structure according to item 1.
前記ウレタン樹脂粉末は、前記造形材料の総重量に対する重量比率が5%〜60%であることを特徴とする請求項11乃至19のいずれか1項に記載の3次元造形物の製造装置。 The urethane resin powder production apparatus of the three-dimensional molded article according to any one of claims 11 to 19 weight ratio with respect to the total weight, characterized in that 5% to 60% of the building material. 膏とウレタン樹脂とを含む層が積層されて生体部位を模して形成されてなる3次元造形物と、
前記3次元造形物の中空領域に当該3次元造形物よりも柔らかい軟質樹脂であってウレタン樹脂を主材料とする柔らかさの異なる複数の軟質樹脂と、
を有することを特徴とする3次元造形物。
And a three-dimensional shaped article with a gypsum and a urethane resin including a layer are stacked becomes the body part is formed in imitation,
A plurality of soft resins having softness different from each other in a soft region softer than the three-dimensional structure and having a urethane resin as a main material in a hollow region of the three-dimensional structure;
3-dimensionally shaped object, characterized in that it comprises a.
前記複数の軟質樹脂は、前記ウレタン樹脂の配合比を変えることにより、前記柔らかさの異なる複数の軟質樹脂となっていることを特徴とする請求項21に記載の3次元造形物。22. The three-dimensional structure according to claim 21, wherein the plurality of soft resins are changed into a plurality of soft resins having different softness by changing a mixing ratio of the urethane resin. 前記軟質樹脂は、前記生体部位に存在する腫瘍若しくは脂肪組織、または、前記生体部位を構成する生体組織を模した物であることを特徴とする請求項21または22に記載の3次元造形物。 23. The three-dimensional structure according to claim 21 , wherein the soft resin is a material imitating a tumor or a fat tissue existing in the living body part, or a living tissue constituting the living body part. 前記軟質樹脂は、石膏とウレタン樹脂とを含む層が積層されて生体部位を模して形成されてなる3次元造形物の一部である部分造形物を包蔵して形成されていることを特徴とする請求項21乃至23のいずれか1項に記載の3次元造形物。 The soft resin is Tei Rukoto formed by occluded portions shaped object that is part of a three-dimensional shaped object with the gypsum and a urethane resin including a layer is laminated becomes a biological part is formed to imitate The three-dimensional structure according to any one of claims 21 to 23 , characterized in that: 前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための造影材料を含み形成されていることを特徴とする請求項21乃至24のいずれか1項に記載の3次元造形物。 The soft resin, in addition to the main material, characterized in that it is formed including a contrast material for projecting the soft resin formed in the hollow region in imaging using nuclear magnetic resonance imaging. The three-dimensional structure according to any one of claims 21 to 24 . 前記軟質樹脂は、前記主材料に加えて、超音波撮影において前記中空領域に形成された当該軟質樹脂を映出させるための超音波散乱材料を含み形成されていることを特徴とする請求項21乃至25のいずれか1項に記載の3次元造形物。 The soft resin, in addition to the main material, according to claim 21, characterized in that it is formed comprises a ultrasound scattering material for out movies the soft resin is formed in the hollow region in the ultrasound imaging 26. The three-dimensional structure according to any one of items 25 to 25 . 膏とウレタン樹脂とを含む層が積層されて生体部位を模して形成されてなる3次元造形物は、核磁気共鳴画像法を用いた撮影において当該3次元造形物の形態を映出させるための造影材料を含み形成されていることを特徴とする請求項21乃至26のいずれか1項に記載の3次元造形物。 3-dimensionally shaped object that the gypsum and a urethane resin including a layer are stacked becomes the body part is formed to imitate the Utsude the form of the three-dimensional shaped object in imaging using a nuclear magnetic resonance imaging The three-dimensional structure according to any one of claims 21 to 26 , wherein the three-dimensional structure is formed to include a contrast material for causing the object to be formed.
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