KR102120719B1 - 3D printer and 3D model printing method based on material extrusion type - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 재료 압출 방식의 3D 프린터는, 금속 나노입자의 배합 비율을 단계적으로 조절하여 제조한 필라멘트 재료들; 상기 필라멘트 재료들을 수용하는 재료 스풀; 상기 필라멘트 재료들 중 하나 이상이 선택적으로 용융된 용융물을 토출된 것이 뭉쳐서 형성되는 3D 모델을 지지하는 출력판; 상기 재료 스풀에 수용된 필라멘트 재료들 각각을 공급받으며 하나 이상이 선택적으로 구동하여 자신에게 공급된 필라멘트 재료를 용융하여 토출하는 노즐들; 상기 재료 스풀에 수용된 필라멘트 재료들 각각을 상기 노들들 각각으로 공급하는 압출기들; 및 상기 노즐의 위치를 가변하는 XYZ축 구동부;를 구비하며, 상기 노즐들 및 상기 압출기들은 상기 3D 모델을 형성하기 위해 선택된 하나 이상의 노즐 및 압출기만 선택적으로 구동함을 특징으로 한다. The material extrusion type 3D printer according to the present invention includes: filament materials prepared by adjusting the compounding ratio of metal nanoparticles stepwise; A material spool for receiving the filament materials; An output plate supporting a 3D model in which one or more of the filament materials are selectively melted and ejected; Nozzles that receive each of the filament materials accommodated in the material spool and selectively drive one or more to melt and discharge the filament material supplied to them; Extruders for supplying each of the filament materials accommodated in the material spool to each of the furnaces; And an XYZ axis driving unit for changing the position of the nozzle, wherein the nozzles and the extruders selectively drive only one or more nozzles and extruders selected to form the 3D model.

Description

재료 압출 방식의 3D 프린터 및 3D 모델 프린팅 방법{3D printer and 3D model printing method based on material extrusion type}3D printer and 3D model printing method based on material extrusion type}

본 발명은 3D 프린팅 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사선 감쇠율에 차등성을 가지도록 금속 나노입자를 혼합하여 생성한 필라멘트 재료로 3D 프린팅을 이행하는 재료 압출 방식의 3D 프린터 및 3D 모델 프린팅 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a 3D printing technology, and more particularly, to a 3D printer and a 3D model printing method of a material extrusion method that performs 3D printing with a filament material produced by mixing metal nanoparticles to have a difference in radiation attenuation rate. It is about.

3D 프린팅 기술은 현재 의료분야에서 수술의 시뮬레이션을 위한 인체 모형 제작 및 의료진이나 의학도들의 교육을 위한 모형 제작, 수술을 돕기 위한 수술 가이드 및 수술 도구의 제작, 직접적인 치료물의 제작 등에 다양하게 활용되고 있다. 3D printing technology is currently being widely used in the medical field for the production of a human body model for simulation of surgery, model production for education of medical staff or medical practitioners, the production of surgical guides and surgical tools to assist with surgery, and the production of direct treatments.

특히 3D 프린팅 기술은 어려운 수술을 사전에 계획하고 연습하기 위한 목적의 인체 모형 제작과 단순한 표준 모형이 아닌 실제 사례를 재현하여 의학적으로 유의미한 사례들을 반영해 교육이나 실습용 모형의 제작 등에도 많이 활용되고 있는 추세이다. In particular, 3D printing technology is widely used in the production of human body models for the purpose of planning and practicing difficult surgery in advance, and real cases that are not simple standard models, reflecting medically meaningful cases, and making models for education or practice. Trend.

도 1은 3D 프린팅으로 제작된 인체 장치의 모형을 예시한 것으로 인체 조형의 외형적인 형상을 모사하거나 색상을 반영해서 가시화하는 수단으로는 우수하며, 개별적인 병증 사례까지 정밀한 시각화가 가능하다. 그러나 방사선 촬영이나 MRI 촬영에서는 균일한 소재 특성으로 인해 조직별 대조도 변화가 거의 없기 때문에 시뮬레이션이나 실습 모형으로 활용하기는 어려운 문제가 있었다. 1 illustrates a model of a human body device manufactured by 3D printing, and is excellent as a means for simulating the external shape of a human body modeling or visualizing it by reflecting colors, and can accurately visualize individual disease cases. However, in radiographic or MRI imaging, there is little difficulty in using it as a simulation or practice model because there is little change in contrast between tissues due to uniform material characteristics.

이와 같이 현재의 3D 프린팅 소재와 장비기술들은 인체의 조직별 또는 부위별 외형적인 형태를 모사하거나, 시인성을 좋게 하기 위해 조직별로 색상을 구분하여 제작하거나, 조직별로 물리적인 성질(연성, 경도)을 서로 다르게 표현할 수 있었다. As such, current 3D printing materials and equipment technologies simulate the external shape of each human tissue or part, or produce color-coded tissues to improve visibility, or physical properties (softness, hardness) for each tissue. It could be expressed differently.

그러나 하나의 3D 프린터에서 사용 가능한 소재의 평균 원자량이나 밀도 차이는 크게 없어 X-선 등의 방사선에 대한 단위 체적당 감쇠율 특성에 차이가 거의 없으므로, 의료영상으로 촬영할 경우에는 두께에 의한 감쇠율의 차이 이외에는 조직별 감쇠율 특성 차이에 의한 대조도 효과가 없는 한계가 있었다. 이에 따라 인체 조직별 감쇠율 특성까지 반영이 필요한 의료영상 분야에서의 시뮬레이션이나 실습용 모형으로 활용되기는 어려웠다. However, since there is no significant difference in the average atomic weight or density of materials that can be used in one 3D printer, there is little difference in the attenuation rate characteristics per unit volume for radiation such as X-rays. There was a limitation that the contrast effect was not effective due to the difference in attenuation rate characteristics by tissue. As a result, it was difficult to be used as a simulation or practice model in the medical imaging field that required to reflect even the attenuation rate characteristics of each human tissue.

또한 자기 공명 방식을 이용하는 MRI 의료영상의 교육이나 시뮬레이션 모형으로도 활용도 어려운 상황이었다. In addition, it was difficult to utilize MRI medical imaging as a magnetic resonance method as an educational or simulation model.

도 2 및 도 3은 종래의 인체 모형을 예시한 것이다. 상기 도 2는 표준 인체 모형을 예시한 것으로 특정 환자나 특수 병증에 대한 사례가 반영된 것이 아닌 표준화된 획일적 모형 형태로만 제작되며, 사출이나 몰딩 방식 등 전통적인 방식으로 제작되고 있다. 상기 도 3은 표준 인체 모형의 의료영상 촬영 이미지를 예시한 것으로, 조직별 대조도가 뚜렷하지 않아 조직의 세밀한 구분을 하기가 어려웠다. 2 and 3 illustrate a conventional human body model. 2 is an example of a standard human body model, and is produced only in a standardized uniform model form, not reflecting a case of a specific patient or a special condition, and is manufactured in a traditional manner such as injection or molding. 3 illustrates an image of a medical image of a standard human body model, and it is difficult to make a detailed classification of tissues because the contrast of each tissue is not clear.

이에 종래에는 인체의 조직별 방사선 감쇠율의 차이를 모사할 수 있는 3D 프린팅 기술의 개발이 절실하게 요망되었다. Accordingly, in the prior art, the development of a 3D printing technology capable of simulating the difference in the radiation attenuation rate of each human tissue is urgently desired.

대한민국 특허공개 제1020170047550호Republic of Korea Patent Publication No. 1020170047550 대한민국 특허공개 제1020170118387호Republic of Korea Patent Publication No. 1020170118387 대한민국 특허공개 제1020180032155호Republic of Korea Patent Publication No. 1020180032155 대한민국 특허공개 제1020170074059호Republic of Korea Patent Publication No. 1020170074059

본 발명은 방사선 감쇠율에 차등성을 가지도록 금속 나노 입자가 혼합된 필라멘트 재료들을 이용하여 3D 프린팅을 이행하여 인체의 조직별 방사선 감쇠율의 차이를 모사할 수 있게 하는 재료 압출 방식의 3D 프린터 및 3D 모델 프린팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention performs 3D printing using filament materials mixed with metal nanoparticles so as to have a difference in radiation attenuation rate. 3D printer and 3D model of a material extrusion method capable of simulating the difference in radiation attenuation rate for each human tissue. It is an object to provide a printing method.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 재료 압출 방식의 3D 프린터는, 금속 나노입자의 배합 비율을 단계적으로 조절하여 제조한 필라멘트 재료들; 상기 필라멘트 재료들을 수용하는 재료 스풀; 상기 필라멘트 재료들 중 하나 이상이 선택적으로 용융된 용융물을 토출된 것이 뭉쳐서 형성되는 3D 인체 모델을 지지하는 출력판; 상기 재료 스풀에 수용된 필라멘트 재료들 각각을 공급받으며 하나 이상이 선택적으로 구동하여 자신에게 공급된 필라멘트 재료를 용융하여 토출하는 노즐들; 상기 재료 스풀에 수용된 필라멘트 재료들 각각을 상기 노즐들 각각으로 공급하는 압출기들; 및 상기 노즐의 위치를 가변하는 XYZ축 구동부;를 구비하며, 상기 노즐들 및 상기 압출기들은 상기 3D 인체 모델을 형성하기 위해 선택된 하나 이상의 노즐 및 압출기만 선택적으로 구동함을 특징으로 한다. 3D printer of the material extrusion method according to the present invention for achieving the above object, filament material prepared by adjusting the compounding ratio of the metal nanoparticles step by step; A material spool for receiving the filament materials; An output plate for supporting a 3D human body model in which one or more of the filament materials are selectively formed by discharging molten melt; Nozzles that receive each of the filament materials accommodated in the material spool and selectively drive one or more to melt and discharge the filament material supplied to them; Extruders for supplying each of the filament materials accommodated in the material spool to each of the nozzles; And an XYZ axis driving unit for varying the position of the nozzle, wherein the nozzles and the extruders selectively drive only one or more nozzles and extruders selected to form the 3D human body model.

상기한 본 발명은 방사선 감쇠율에 차등성을 가지도록 금속 나노입자가 혼합된 필라멘트 재료들을 이용하여 3D 프린팅을 이행하여 인체의 조직별 방사선 감쇠율의 차이를 모사할 수 있게 하는 효과를 야기한다. The present invention described above causes an effect to simulate the difference in radiation attenuation rate for each tissue of the human body by performing 3D printing using filament materials mixed with metal nanoparticles to have a difference in radiation attenuation rate.

이러한 본 발명은 인체의 조직별 방사선 감쇠율의 차이를 모사하여 인체 모형의 의료영상 촬영시에 조직별 대조가 뚜렷하게 드러나게 하여 조직의 세밀한 구분을 가능하게 하는 효과를 야기한다. The present invention simulates the difference in the radiation attenuation rate for each tissue of the human body and causes an effect of enabling detailed separation of tissues by clearly revealing the contrast of each tissue when photographing a medical image of the human body model.

도 1은 3D 프린팅으로 제작된 인체 모형을 예시한 도면.
도 2은 종래의 인체 모형을 예시한 도면.
도 3은 종래의 표준 인체 모형의 의료 영상 촬영 이미지를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 재료 제조 과정을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 재료를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 재료의 구조를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따르는 3D 프린터용 필라멘트 재료의 X선 감쇠 또는 투과 과정을 예시한 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따르는 3D 프린터용 필라멘트 재료의 X선 감쇠량을 예시한 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 재료 압출 방식의 3D 프린터의 구성도.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 재료 압출 방식의 3D 프린터로 인체 모형을 제작하는 과정을 예시한 도면.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작한 인체 모형에 대한 X선 영상이 예상도를 예시한 도면.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 재료 압출 방식의 3D 프린터로 제작한 선량 조절용 가이드의 특성을 예시한 도면.
1 is a diagram illustrating a human body model produced by 3D printing.
Figure 2 is a diagram illustrating a conventional human body model.
Figure 3 is a diagram illustrating a medical imaging image of a conventional standard human body model.
4 is a diagram illustrating a process of manufacturing a filament material for a 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a filament material for a 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a view showing the structure of a filament material for a 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an X-ray attenuation or transmission process of a filament material for a 3D printer according to the present invention.
8 and 9 are diagrams illustrating an X-ray attenuation amount of a filament material for a 3D printer according to the present invention.
10 is a configuration diagram of a material extrusion method 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a process of manufacturing a human body model with a material extrusion method 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating an expected view of an X-ray image of a human body model manufactured according to a preferred embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating the characteristics of a guide for adjusting the dose produced by a 3D printer of a material extrusion method according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 방사선 감쇠율에 차등성을 가지도록 금속 나노 입자가 혼합된 필라멘트를 제조하여 상기 필라멘트를 이용하여 3D 프린팅을 이행하여 인체의 조직별 방사선 감쇠율의 차이를 모사할 수 있게 한다. The present invention makes it possible to simulate the difference in the radiation attenuation rate for each tissue of the human body by manufacturing a filament in which metal nanoparticles are mixed to have a difference in the radiation attenuation rate and performing 3D printing using the filament.

이러한 본 발명은 인체의 조직별 방사선 감쇠율의 차이를 모사하여 인체 모형의 의료영상 촬영시에 조직별 대조가 뚜렷하게 드러나게 하여 조직의 세밀한 구분을 가능하게 한다. The present invention simulates the difference in the radiation attenuation rate for each tissue of the human body, thereby enabling detailed separation of tissues by clearly revealing the contrast for each tissue when photographing a medical image of the human body model.

표 1은 인체의 조직별 질량밀도, 흡수계수 A 및 그에 따른 X선 에너지 흡수량(감쇠량)의 특성을 나타낸 것이다.Table 1 shows the characteristics of the human body's mass density, absorption coefficient A, and X-ray energy absorption (attenuation).

구분division Mass Density
(kg/m3)
Mass Density
(kg/m3)
흡수계수 AAbsorption coefficient A 투과도(P)Permeability (P) 공기를 기준으로 환산한 흡수도(X)Absorbency converted based on air (X)
근육muscle 10901090 1.361.36 0.0002350.000235 13021302 지방Fat 911911 1.361.36 0.0002820.000282 10881088 lungs 10501050 1.3671.367 0.0002430.000243 12631263 확장된 폐Expanded lungs 394394 1.3671.367 0.0006470.000647 474474 공기air 1.21.2 1One 0.3065660.306566 1One bone 19081908 1.5681.568 0.0001090.000109 28062806 산화철 나노분말
(Fe3O4)
Iron oxide nano powder
(Fe 3 O 4)
51705170 2.292.29 1.96E-051.96E-05 1565115651

실제 물질은 그 조성에 따라서 질량 밀도가 다르기 때문에 물질에 따른 고유의 흡수계수를 고려하지 않고, 고유의 질량 밀도를 고려해서 실질적인 흡수도를 산정할 필요가 있다. 이에, 구해진 값에 질량 밀도를 나누어 최종 감쇄된 후의 단위면적당 투과도를 추정한다. 가령, P=I/Density, I=I0 ·exp(-A·T), 여기서 I: 투과된 에너지량을 말하고, I0: 입사 에너지량을 말한다.Since the actual material has a different mass density depending on its composition, it is necessary to calculate the actual absorbance in consideration of the intrinsic mass density without considering the intrinsic absorption coefficient according to the material. Thus, the mass density is divided by the obtained value to estimate the permeability per unit area after the final attenuation. For example, P=I/Density, I=I 0 · exp(-A·T), where I: refers to the amount of transmitted energy, and I 0 : refers to the amount of incident energy.

따라서, 투과된 총 에너지량을 주요 물질별로 계산한 후, 공기를 기준으로 상대적인 수치로 에너지 X-선 에너지 흡수도를 에너지 흡수도X로 정의한다.Therefore, after calculating the total amount of energy transmitted per major material, the energy X-ray energy absorption is defined as energy absorption X as a relative value based on air.

상기 표 1을 참조하면, 인체 조직의 경우에는 조직별 분자 조합에 따른 평균 원자량의 차이 외에도, 조직의 단위 체적당 질량 밀도가 조직별로 다르며, X선 흡수도도 조직별로 다르다. 또한, 연부 조직도 세부적인 조직에 따라서 에너지 흡수 정도는 차이가 날 수 있다. 이는 조직 내부에 공극들이 존재할 경우에는 혈액이나 체액으로 채워져 있는 부분도 존재하기 때문에 평균 원자 번호가 비슷하더라도 실제 X선의 흡수도에서 차이가 큰 경우도 있다. Referring to Table 1, in the case of human tissue, in addition to the difference in the average atomic weight according to the molecular combination for each tissue, the mass density per unit volume of tissue is different for each tissue, and the X-ray absorbance is also different for each tissue. In addition, the degree of energy absorption may be different depending on the detailed structure of the soft tissue. This is because if there are pores inside the tissue, there is also a part filled with blood or body fluid, so even if the average atomic number is similar, the difference in absorbance of the actual X-rays may be large.

가령, X선 흡수도에서 근육 1302, 지방은 1088, 폐는 1263, 뼈는 2806에 해당되어, 인체 조직 중에서 뼈가 X선 흡수율이 가장 높고 근육, 폐, 지방 등의 순서로 조직별로 차이를 가진다. 또한, 이러한 X선 흡수도는 CT와 같은 의료영상에서는 HU Value(하운스 필드 유닛 값)라 칭하며 정량화되어 활용되고 있다. For example, in X-ray absorptivity, muscle 1302, fat 1088, lung 1263, and bone 2806, bones have the highest X-ray absorption rate among human tissues, and muscles, lungs, and fats have tissue-specific differences. . In addition, the X-ray absorbance is referred to as HU Value (Hound Field Unit Value) in medical images such as CT and has been quantified and utilized.

한편, 일반적인 재료 압출 방식 3D 프린터에 사용하는 소재는 특별히 격자구조로 출력하는 경우를 제외하고는 그 밀도가 항상 균일하기 때문에 소재 밀도에 따른 편차는 거의 없어, 3D 프린팅으로 제작한 인체 모형의 경우에는 조직별 X선 에너지 흡수율(감쇠율)에 큰 편차가 존재하지 않는다.On the other hand, the material used in the general material extrusion method 3D printer has almost no variation due to the material density because the density is always uniform, except in the case of printing in a lattice structure. In the case of the human body model produced by 3D printing, There is no large deviation in the X-ray energy absorption rate (attenuation rate) for each tissue.

이에 본 발명은 재료 압출(ME; material extrusion) 방식의 3D 프린터에 사용하는 필라멘트 재료에 금속 나노입자를 포함시켜, 방사선 감쇠율에 차등성을 가지는 3D 프린팅을 이행할 수 있게 한다. 이러한 본 발명은 인체의 조직별 방사선 감쇠율의 차이를 모사하여 인체 모형의 의료영상 촬영시에 조직별 대조가 뚜렷하게 드러나게 하여 조직의 세밀한 구분을 가능하게 한다. Accordingly, the present invention includes metal nanoparticles in a filament material used in a material extrusion (ME) 3D printer, so that 3D printing with a difference in radiation attenuation rate can be performed. The present invention simulates the difference in the radiation attenuation rate for each tissue of the human body, thereby enabling detailed separation of tissues by clearly revealing the contrast for each tissue when photographing a medical image of the human body model.

<필라멘트 재료 제조과정><Filament material manufacturing process>

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 3D 프린터용 필라멘트 재료 제조과정을 예시한 것으로, 상기 도 4를 참조하여 필라멘트 재료 제조과정을 설명한다. 4 illustrates a process for manufacturing a filament material for a 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention, and the process for manufacturing the filament material will be described with reference to FIG. 4.

먼저 ABS, PLA, TPU, 나일론, PET, 실리콘 등의 필라멘트 원재료를 용융시킨다. 이후 상기 용융된 필라멘트 원재료에 금속 나노입자(nano-particle)들을 일정한 비율로 혼합하고 상기 필라멘트 원재료 내에 금속 나노입자들이 일정한 농도로 고르게 분포되도록 배합한다. 가령, 상기 금속 나노입자는 산화철 나노입자가 바람직하며, 상기 금속 나노입자의 혼합비율을 높일수록 X선의 감쇠율도 높아지므로 상기 금속 나노입자의 혼합비율을 조절하여 X선의 감쇠율을 조절할 수 있다.First, filament raw materials such as ABS, PLA, TPU, nylon, PET, and silicon are melted. Thereafter, metal nanoparticles are mixed in the molten filament raw material in a constant ratio, and the metal nanoparticles are uniformly distributed in the filament raw material in a uniform concentration. For example, the metal nanoparticles are preferably iron oxide nanoparticles, and the higher the mixing ratio of the metal nanoparticles, the higher the attenuation rate of X-rays is, so the attenuation rate of X-rays can be controlled by adjusting the mixing ratio of the metal nanoparticles.

좀 더 설명하면, 두 종류 이상의 원소를 함유한 물질의 질량 흡수계수 산정법은 수학식 1과 같으며, 이러한 수학식 1에 따라 플라스틱, 아크릴 등의 3D 프린팅 원재료에 비해 훨씬 높은 원자량을 가진 금속 나노입자를 혼합할 경우 그 혼합비에 따라서 X선의 흡수계수(감쇠율)의 변화를 줄 수 있다.In more detail, the method of calculating the mass absorption coefficient of a material containing two or more elements is the same as in Equation 1, and according to Equation 1, the metal nano has a much higher atomic mass than 3D printing raw materials such as plastic and acrylic. When mixing particles, the absorption coefficient (attenuation rate) of X-rays can be changed according to the mixing ratio.

다음 수학식 1을 참조하면, 두 종류 이상 원소 함유한 혼합된 소재의 흡수계수(μ/ρ)는 각 혼합물의 흡수계수와 질량의 곱의 합을 전체 질량으로 나눈 것과 같다.Referring to Equation 1 below, the absorption coefficient (μ/ρ) of a mixed material containing two or more elements is equal to the sum of the product of the absorption coefficient of each mixture and the mass divided by the total mass.

Figure 112018058834786-pat00001
Figure 112018058834786-pat00001

이에, 실제 물질의 조성에 따라 질량밀도가 서로 다르기 때문에 이를 반영해 혼합물의 에너지 흡수 정도를 구할 필요가 있으며, 질량밀도를 곱한 실질적인 물체의 최종적인 에너지 흡수 정도를 계산할 때도 아래와 같이 계산할 수 있다.Therefore, since the mass density differs depending on the composition of the actual substance, it is necessary to obtain the energy absorption degree of the mixture by reflecting this, and when calculating the final energy absorption degree of the actual object multiplied by the mass density, it can be calculated as follows.

A = (A1 x w1 + A2 * w2) / (w1 + w2) A = (A1 x w1 + A2 * w2) / (w1 + w2)

(여기서 A1, A2는 각 소재의 에너지 흡수율, w1, w2는 각 소재의 질량) (A1, A2 is the energy absorption rate of each material, w1, w2 is the mass of each material)

표 1에서와 같이, 연부조직(피부/근육 등)의 평균 에너지 흡수는 1302, 뼈의 에너지 흡수는 2806, 지방의 에너지 흡수는 1088 등으로 제시되고 있으므로, 가령, 금속나노입자로 Fe3O4(산화철)를 적용한다고 하면, 나노파티클의 에너지 흡수치는 15651로 추정된다. 이는 NIST 사이트에 있는 주요 물질별 질량 흡수 계수의 예시 데이터를 통해 알 수 있고, 다음 링크를 통해 확인할 수 있다(https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/tab3.html, https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/tab4.html)As shown in Table 1, since the average energy absorption of soft tissue (skin/muscle, etc.) is 1302, the energy absorption of bone is 2806, and the energy absorption of fat is 1088, etc., for example, Fe 3 O 4 as metal nanoparticles If (iron oxide) is applied, the energy absorption value of the nanoparticles is estimated to be 15651. This can be found through example data of the mass absorption coefficients for each major substance on the NIST site, and can be found via the following link (https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/tab3.html, https:// physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/tab4.html)

먼저, 먼저 ABS, PLA, TPU, 나일론, PET, 실리콘 등의 필라멘트 원재료를 용융시킨다. 이후 상기 용융된 필라멘트 원재료에 산화철 금속 나노입자(nano-particle)들을 일정한 비율로 혼합하고 상기 필라멘트 원재료 내에 금속 나노입자들이 일정한 농도로 고르게 분포되도록 배합한다. 가령, 산화철 나노입자의 혼합비율을 높일수록 X선 흡수도가 증가함을 확인할 수 있고, 산화철 나노입자의 혼합비율을 조절하여 X선 흡수도를 조절할 수 있다. 즉, 에너지 흡수도 450인 필라멘트 소재를 이용할 경우를 가정하고, 에너지 흡수도 15651의 산화철 나노파티클을 혼합할 경우를 예로 들면, 그 상대적 비율에 따라 표 2와 같이 에너지 흡수도를 얻을 수 있다. First, first, filament raw materials such as ABS, PLA, TPU, nylon, PET, and silicon are melted. Thereafter, iron oxide metal nanoparticles are mixed in the molten filament raw material in a constant ratio, and the metal nanoparticles are uniformly distributed in the filament raw material in a uniform concentration. For example, as the mixing ratio of the iron oxide nanoparticles increases, it can be seen that the X-ray absorption increases, and the mixing ratio of the iron oxide nanoparticles can be adjusted to control the X-ray absorption. That is, assuming the case of using a filament material having an energy absorption of 450, for example, when mixing iron oxide nanoparticles having an energy absorption of 15651, energy absorption can be obtained as shown in Table 2 according to the relative ratio.

필라멘트 조성비(%)Filament composition ratio (%) 100100 00 99.8599.85 95.895.8 84.584.5 산화철나노입자
조성비(%)
Iron oxide nanoparticles
Composition ratio (%)
00 100100 0.150.15 4.24.2 15.515.5
흡수도(X)Absorbency (X) 450450 1565115651 472.8472.8 10881088 28062806

표 2에서, 예시로 든 경우는 각각 지방(1088), 뼈(2806)의 에너지 흡수치에 근사한 것을 알 수 있고, 확장된 폐(474)의 경우에는 산화철나노입자의 조성비는 0.15중량% 이내의 범위에서 혼합하고, 수축된 폐(1263) 및 근육(1303)의 경우에는 4.2 중량% 이상 15.5 중량% 이내의 범위에서 혼합하여 에너지 흡수치에 근사값을 얻을 수 있다.In Table 2, for example, it can be seen that the energy absorption values of fat 1088 and bone 2806, respectively, are approximated, and in the case of expanded lung 474, the composition ratio of iron oxide nanoparticles is within 0.15% by weight. Mixing in the range, and in the case of the contracted lung 1263 and muscle 1303, it can be obtained by mixing in a range of 4.2% by weight or more and 15.5% by weight or more to obtain an approximate value for energy absorption.

이에 제작하는 3D 인체 모델의 각 조직(부위) 별로 X선 흡수율을 고려하여 각 부위 또는 조직별 모형에 따라 사용할 필라멘트 소재를 다르게 적용하여 3D 프린팅할 수 있다. 따라서, 기본적으로 금속나노입자 혼합 폴리머의 혼합 비율은 그 에너지 흡수도가 인체의 조직 중에서 뼈와 유사한 수준(2806)을 갖도록 하여 뼈보다 더 에너지 흡수도가 낮은 인체의 조직을 원하는 단계별로 조합해 낼 수 있다. 또한, 산화철 나노입자(분자량 33.08)를 이용하는 예시를 들고 있으나, 실제로는 더 높은 평균 원자량을 가지는 금속 나노입자들, 가령, 요오드(분자량 53), 바륨(분자량 56) 등을 이용할 수도 있다. 그러나 산화철 나노입자는 이미 인체에 무해한 물질로서 다양하게 이용되고 있으며 가격 또한 상대적으로 낮은 물질이기 때문에 산화철을 예시로 들었으며, 인체에 무해한 물질이라면 다른 나노입자도 이용 가능하며 해당 물질의 X-선 에너지 흡수율에 따라 그 조성비는 재조합할 수 있다.Accordingly, considering the X-ray absorption rate for each tissue (part) of the 3D human body model to be manufactured, 3D printing may be performed by applying a different filament material to be used according to each part or tissue model. Therefore, basically, the mixing ratio of the metal nanoparticle mixed polymer allows the energy absorption to have a level similar to bone (2806) among the tissues of the human body, so that the tissues of the human body having lower energy absorption than bones can be combined at desired stages. Can be. In addition, although an example of using iron oxide nanoparticles (molecular weight 33.08) is given, in practice, metal nanoparticles having a higher average atomic weight, such as iodine (molecular weight 53), barium (molecular weight 56), etc. may be used. However, iron oxide nanoparticles are already used in various ways as harmless substances, and the price is relatively low, so iron oxide is used as an example. If the substance is harmless to humans, other nanoparticles can be used, and the X-ray energy of the substance Depending on the absorption rate, the composition ratio can be recombined.

또한, 인체 조직을 모사하기 위한 범위의 혼합비로 사용하는 경우를 본 발명에서는 예시로 들고 있으며, 원하는 흡수율이 더 높을 경우에는 금속나노입자의 조성비를 더 높게 할 수도 있다.In addition, the case of using the mixture ratio in the range for simulating human tissue is exemplified in the present invention, and when the desired absorption rate is higher, the composition ratio of the metal nanoparticles may be higher.

본 발명은 전술한 바와 같이, 금속 나노입자가 원재료 내에 고르게 분포된 혼합물을 와이어 형태로 압출 및 인발을 이행하여 낚시줄과 비슷한 형태의 필라멘트 재료를 생성한다. 여기서 낚시줄과 비슷한 와이어 형태의 필라멘트 재료를 예시한 것이 도 5이다. 그리고 금속 나노입자를 포함한 필라멘트 재료의 구조를 도시한 것이 도 6이다. 상기한 금속 나노입자들은 수 nm에서 수백 nm의 매우 미세한 크기를 가지는 입자로서, 실제로는 육안으로 그 알갱이의 크기를 구분할 수 없는 수준의 초미세 금속 입자들이 필라멘트 재료내에 분포한다.The present invention, as described above, by extruding and drawing the mixture of the metal nanoparticles evenly distributed in the raw material in the form of a wire to produce a filamentary material similar to a fishing line. 5 illustrates a wire-like filament material similar to a fishing line. And it is Figure 6 shows the structure of the filament material including the metal nanoparticles. The above-mentioned metal nanoparticles are particles having a very fine size of several nanometers to hundreds of nanometers, and in fact, ultrafine metal particles of a level that cannot distinguish the size of the grains with the naked eye are distributed in the filament material.

도 7은 본 발명에 따르는 3D 프린터용 필라멘트 재료의 X선 감쇠 또는 투과 과정을 예시한 것으로, 상기 필라멘트 재료 내부에 존재하는 금속 나노입자로 인해서 X선을 조사할 경우에는 일반적인 필라멘트 재료에 비해서 더 높은 X선 감쇠율을 가진다. 7 illustrates an X-ray attenuation or transmission process of a filament material for a 3D printer according to the present invention, and when irradiating X-rays due to metal nanoparticles present inside the filament material, it is higher than that of a general filament material. It has an X-ray attenuation rate.

도 8은 금속 나노입자의 혼합비율에 따른 X선 감쇠량의 차이를 예시한 것으로, 상기 필라멘트 원재료 내에 혼합하는 금속 나노입자의 혼합 비율, 상대적인 농도에 따라서 X선의 감쇠율을 더 높거나 낮은 필라멘트 재료를 제조할 수 있으며 이는 본 발명에 의해 당업자에게 자명하다. Figure 8 illustrates the difference in the amount of X-ray attenuation according to the mixing ratio of the metal nanoparticles, to prepare a filament material having a higher or lower attenuation rate of X-rays according to the mixing ratio and relative concentration of the metal nanoparticles mixed in the filament raw material It can be made and it is apparent to those skilled in the art by the present invention.

도 9는 금속 나노입자의 혼합 비율과 두께에 따른 X선 감쇠량 차이를 예시한 것으로, 동일한 농도의 금속 나노입자를 포함하는 필라멘트 재료로 형상물을 출력하더라도 그 두께가 두꺼워질수록 X선 감쇠율이 더 높아지며, 동일한 두께를 가지는 형상물이라도 금속 나노입자의 혼합 비율이 높을수록 X선의 감쇠율은 더 높다. FIG. 9 illustrates the difference in X-ray attenuation according to the mixing ratio and thickness of metal nanoparticles. Even if a shape is output with a filament material containing the same concentration of metal nanoparticles, the X-ray attenuation rate becomes higher as the thickness increases. , Even if the shape has the same thickness, the higher the mixing ratio of the metal nanoparticles, the higher the attenuation rate of X-rays.

상기한 방식에 따라 금속 나노입자의 배합 비율을 단계적으로 조절한 필라멘트 재료들을 이용하여, 본 발명은 인체 조직별로 서로 다른 X선의 에너지 흡수율 또는 감쇠율을 모사할 수 있게 한다. By using the filament materials in which the compounding ratio of the metal nanoparticles is adjusted stepwise according to the above-described method, the present invention enables to simulate the energy absorption or attenuation rate of different X-rays for each human tissue.

이와 같은 필라멘트를 활용하여 인체 조직별로 서로 다른 금속 나노입자 농도 또는 배합 비율을 가지는 필라멘트 재료로 3D 프린팅 제작을 하면 인체 조직의 외형적인 형태만 모사하는 것에 지나지 않고 의료영상 장비에서 촬영할 경우에도 더욱 인체와 유사한 영상의 대조비를 가지는 인체 모형을 제작할 수 있다. Utilizing such filaments, 3D printing production with filament materials having different metal nanoparticle concentrations or blending ratios for different human tissues is not only a simulation of the external shape of human tissues, but also a more human and human body even when photographed in medical imaging equipment. A human body model having a contrast ratio of similar images can be produced.

<재료 압출 방식의 3D 프린터><3D printer with material extrusion method>

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 필라멘트로 3D 프린팅을 이행하는 3D 프린터의 구성을 도 10을 참조하여 설명한다. The configuration of a 3D printer that performs 3D printing with a filament according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10.

상기 재료 압출 방식의 3D 프린터는 재료 스풀(100)과 압출기들(102)과 XYZ축 구동부(104)와 노즐들(106)과 출력판(108)과 모터 및 구동부(110)와 조형판 히터(112)와 형상제어베드(114)로 구성된다. The material extrusion type 3D printer includes a material spool 100, extruders 102, XYZ axis driving unit 104, nozzles 106, output plate 108, motor and driving unit 110, and a molding plate heater ( 112) and a shape control bed 114.

상기 필라멘트 재료들은 금속 나노입자의 배합 비율을 단계적으로 조절하여 제조한 것으로, 상기 필라멘트 재료들은, ABS, PLA, TPU, 나일론, PET, 실리콘 중 하나 이상을 포함하는 필라멘트 원재료 및 금속 나노입자가 소정 비율의 혼합되어 제조되며, 상기 금속 나노입자의 직경은 수 nm에서 수백 nm이다. 여기서 상기 금속 나노입자로는 산화철 나노입자가 채용된다. 그리고 상기 금속 나노입자의 혼합비율을 높일수록 X선의 감쇠율도 높아지므로, 상기 필라멘트 재료들의 금속 나노입자의 혼합비율을 조절하여 X선의 감쇠율을 조절한다. The filament materials are prepared by adjusting the compounding ratio of the metal nanoparticles step by step, and the filament materials include a predetermined ratio of the filament raw material and the metal nanoparticles including at least one of ABS, PLA, TPU, nylon, PET, and silicon. It is prepared by mixing, the diameter of the metal nanoparticles is from several nm to several hundred nm. Here, iron oxide nanoparticles are employed as the metal nanoparticles. In addition, as the mixing ratio of the metal nanoparticles increases, the attenuation rate of X-rays also increases, so the mixing ratio of the metal nanoparticles of the filament materials is adjusted to control the attenuation rate of X-rays.

상기 재료 스풀(100)은 상기 필라멘트 재료들을 수용한다. The material spool 100 accommodates the filament materials.

상기 출력판(108)은 상기 필라멘트 재료들 중 하나 이상이 선택적으로 용융된 용융물을 토출된 것이 뭉쳐서 형성되는 조형물을 지지하며, 이러한 출력판은 형상제어베드(114)의 상부면에 위치한다. The output plate 108 supports a molding formed by aggregating one or more of the filament materials selectively melted, and the output plate is located on the upper surface of the shape control bed 114.

상기 노즐들(106)은 상기 재료 스풀(100)에 수용된 필라멘트 재료들 각각을 공급받으며, 하나 이상의 노즐이 미도시된 제어장치에 의해 선택적으로 구동하여 상기 필라멘트 재료를 용융하여 상기 출력판(108)으로 토출한다. The nozzles 106 are supplied with each of the filament materials accommodated in the material spool 100, and one or more nozzles are selectively driven by a control device not shown to melt the filament material to output the plate 108 Discharge.

상기 압출기들(102)은 상기 재료 스풀(100)에 수용된 필라멘트 재료들을 상기 노즐들(106)로 각각 공급하며, 상기 공급량은 상기 미도시된 제어장치에 의해 제어된다. The extruders 102 respectively supply the filament materials accommodated in the material spool 100 to the nozzles 106, and the supply amount is controlled by the control unit not shown.

상기 XYZ축 구동부(104)는 3D 모델에 따라 상기 노즐들(106)의 위치를 가변하여 상기 노즐들(106)이 3D 모델인 조형물에 따라 상기 필라멘트 재료를 용융한 용융물을 토출하게 한다. The XYZ-axis driving unit 104 changes the position of the nozzles 106 according to the 3D model, so that the nozzles 106 discharge the melt melted by the filament material according to the 3D model.

상기 형상제어베드(114)는 상기 출력판(108)을 거치한다. The shape control bed 114 mounts the output plate 108.

상기 모터 및 구동부(110)는 상기 형상제어베드(114)를 구동하여 3D 모델인 조형물 형성을 위한 위치에 출력판(108)을 위치시킨다. The motor and driving unit 110 drives the shape control bed 114 to position the output plate 108 at a position for forming a 3D modeled sculpture.

상기 형상제어베드(114)의 하부에는 조형판 히터(112)가 위치하여 상기 조명물 형상을 위해 필라멘트 용융물을 가열한다. A molding plate heater 112 is positioned below the shape control bed 114 to heat the filament melt for the shape of the fixture.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따르는 재료 압출 방식의 3D 프린터는, 압출기들(102) 중 3D 모델 형성을 위해 선택된 하나 이상의 압출기가 금속 나노입자의 배합 비율을 단계적으로 조절하여 제조한 필라멘트 재료들 중 하나 이상의 필라멘트 재료들을 하나 이상의 노즐로 공급하고, 상기 XYZ축 구동부(104)가 3D 모델 형성을 위한 위치로 노즐들(106)의 XYZ 위치를 가변하고, 상기 노즐들(106) 중 상기 3D 모델 형성을 위해 선택된 하나 이상의 노즐이 상기 하나 이상의 필라멘트 재료들을 공급받아 용융하여 출력판(108)에 토출하여 3D 모델을 프린트한다. 3D printer of the material extrusion method according to the present invention configured as described above, one or more extruders selected for forming a 3D model of the extruders 102 are filament materials prepared by adjusting the compounding ratio of the metal nanoparticles step by step One or more filament materials are supplied to one or more nozzles, and the XYZ axis drive unit 104 changes the XYZ position of the nozzles 106 to a position for forming a 3D model, and the 3D model of the nozzles 106 One or more nozzles selected for formation are supplied with the one or more filament materials, melted, and discharged to the output plate 108 to print a 3D model.

상기한 본 발명에 따르는 금속 나노입자의 배합 비율을 조절한 필라멘트 재료를 단계별로 제작해서 활용하면 필요에 따라 인체 조직별로 서로 다른 X 선의 에너지 흡수율 및 감쇠율을 모사할 수 있으며, 이를 통해 인체 조직별로 서로 다른 금속 나노입자 농도 즉, 배합 비율을 가지는 필라멘트 재료로 3D 프린팅 제작을 이행하면 인체 조직의 외형적인 형태만 모사하는 것에 지나지 않고 의료영상 장비에서 촬영할 경우에도 더욱 인체와 유사한 영상의 대조비를 가질 수 있는 인체 모형을 제작할 수 있으며 이는 도 11에 예시한 바와 같고, 그에 따른 인체 모형에 대한 X선 영상의 예상도는 도 12에 예시한 바와 같다. When the filament material having the compounding ratio of the metal nanoparticles according to the present invention prepared and used step by step is used, it is possible to simulate energy absorption and attenuation rates of different X-rays for different human tissues as necessary, and through this, each human tissue is used for each other. If 3D printing production is performed with a filament material having a different metal nanoparticle concentration, that is, a blending ratio, it is only a simulation of the external shape of human tissue and can have a contrast ratio similar to that of a human body even when photographed in medical imaging equipment. A human body model can be produced, which is as illustrated in FIG. 11, and the predicted view of the X-ray image of the human body model is as illustrated in FIG. 12.

또한, 본 발명에 따르는 재료와 3D 프린팅 기술을 활용하면 수술계획 및 시뮬레이션용 인체 모형이나 수술교육 모형, 의료영상 실습용 모형을 제작하는 것 외에도, 원하는 3차원 형상을 자유롭게 제작할 수 있는 장점과 방사선의 감쇠율 및 투과율을 조절할 수 있는 장점을 이용해 방사선 치료 시 표적이 되는 환부에만 방사선 또는 양성자선이 집중적으로 조사되고 정상적인 인체조직에는 방사선 조사 선량을 최소화할 수 있도록 하는 선량 조절용 가이드를 제작하는 데 이용할 수도 있으며, 도 13은 선량 조절용 가이드를 제작한 예를 도시한 것이다. In addition, using the material and 3D printing technology according to the present invention, in addition to manufacturing a human model for surgery planning and simulation, a surgical training model, and a model for practicing medical images, the advantage of freely producing a desired 3D shape and the attenuation rate of radiation And by using the advantage of controlling the transmittance, radiation or proton radiation is intensively irradiated only to the targeted area during radiation therapy, and can be used to manufacture a guide for dose adjustment to minimize radiation dose to normal human tissue. 13 shows an example of manufacturing a guide for dose adjustment.

이에, 도 13의 선량 조절용 가이드는 방사선 치료를 위한 에너지 흡수체로 사용할 수 있어 표 1의 뼈의 2806의 흡수도 보다 더 높게 설정하여 활용할 수 있다.Thus, the guide for adjusting the dose of FIG. 13 can be used as an energy absorber for radiation treatment, and thus can be used by setting the absorbance of bone 2806 of Table 1 higher than that.

또한 금속 나노입자로서 자기공명영상장치(MRI)의 영상품질 향상을 위한 대비도 향상 소재(agent)로도 이용되는 산화철 나노입자로 사용하는 경우에는, 방사선 촬영(X선, CT) 이외에도 MRI 영상에서도 조직 부위별 영상특성에 차등을 가지도록 3D 인체 모형을 제작하는 것이 가능하다. In addition, when used as iron oxide nanoparticles, which are also used as an enhancement agent for improving the image quality of a magnetic resonance imaging device (MRI) as a metal nanoparticle, in addition to radiography (X-ray, CT), tissues are also used in MRI images. It is possible to produce a 3D human body model to have a difference in image characteristics for each part.

또한 본 발명에서 제안하는 재료 압출 방식 3D 프린터용 필라멘트 소재는 원재료가 가지는 연성, 경도, 색상의 차이를 가지는 다양한 물리적인 성질의 표현에 더하여, 금속 나노입자를 다양한 비율로 포함하게 제작 가능하게 하여 의료 영상 촬영시에도 인체의 조직과 유사한 영상 특성인 대비도 등을 가질 수 있도록 하는 것이 가능하다. In addition, the material extrusion method 3D printer filament material proposed in the present invention, in addition to the expression of various physical properties having a difference in ductility, hardness, and color of the raw material, makes it possible to produce metal nanoparticles in various proportions to make it medical It is also possible to have a contrast characteristic, which is an image characteristic similar to the tissue of the human body, when taking an image.

100 : 재료 스풀
102 : 압출기
104 : XYZ축 구동부
106 : 노즐
108 : 출력판
110 : 모터 및 구동부
112 : 조형판 히터
114 : 형상제어베드
100: material spool
102: extruder
104: XYZ axis driving unit
106: nozzle
108: output plate
110: motor and drive unit
112: molding plate heater
114: shape control bed

Claims (10)

재료 압출 방식의 3D 프린터에 있어서,
금속 나노입자의 배합 비율을 단계적으로 조절하여 제조한 필라멘트 재료들;
상기 필라멘트 재료들을 수용하는 재료 스풀; 상기 필라멘트 재료들 중 하나 이상이 선택적으로 용융된 용융물을 토출된 것이 뭉쳐서 형성되는 3D 인체 모델을 지지하는 출력판; 상기 재료 스풀에 수용된 필라멘트 재료들 각각을 공급받으며 하나 이상이 선택적으로 구동하여 자신에게 공급된 필라멘트 재료를 용융하여 토출하는 노즐들; 상기 재료 스풀에 수용된 필라멘트 재료들 각각을 상기 노즐들 각각으로 공급하는 압출기들; 및 상기 노즐의 위치를 가변하는 XYZ축 구동부;를 포함하며,
상기 노즐들 및 상기 압출기들은 상기 3D 인체 모델을 형성하기 위해 선택된 하나 이상의 노즐 및 압출기만 선택적으로 구동하고,
상기 필라멘트 재료들은, ABS, PLA, TPU, 나일론, PET, 실리콘 중 하나 이상을 포함하는 필라멘트 원재료 및 금속 나노입자가 소정 비율로 혼합되고,
상기 금속 나노입자의 혼합비율을 높일수록 X선의 흡수도가 증가하므로, 상기 금속 나노입자의 혼합비율을 조절하여 X선의 흡수도를 조절하고,
조절된 X선의 흡수도는 상기 3D 인체 모델의 각 부위별 흡수도에 맞게 설정되는 것을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 프린터.
In the material extrusion method 3D printer,
Filament materials prepared by adjusting the compounding ratio of the metal nanoparticles stepwise;
A material spool for receiving the filament materials; An output plate for supporting a 3D human body model in which one or more of the filament materials are selectively formed by discharging molten melt; Nozzles that receive each of the filament materials accommodated in the material spool and selectively drive one or more to melt and discharge the filament material supplied to them; Extruders for supplying each of the filament materials accommodated in the material spool to each of the nozzles; And an XYZ axis driving unit for changing the position of the nozzle.
The nozzles and the extruders selectively drive only one or more nozzles and extruders selected to form the 3D human body model,
The filament materials, ABS, PLA, TPU, nylon, PET, a filament raw material comprising one or more of silicon and metal nanoparticles are mixed in a predetermined ratio,
Since the absorption rate of X-rays increases as the mixing ratio of the metal nanoparticles increases, the absorption rate of X-rays is controlled by adjusting the mixing ratio of the metal nanoparticles,
3D printer of the material extrusion method, characterized in that the adjusted absorbance of the X-rays is set according to the absorbance of each part of the 3D human body model.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 산화철 나노입자임을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 프린터.
According to claim 1,
The metal nanoparticle is a material extrusion method 3D printer, characterized in that the iron oxide nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 3D 인체 모델은 수술계획 및 시뮬레이션용 인체 모형, 수술교육 모형, 의료영상 실습용 모형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 프린터.
According to claim 1,
The 3D human body model is a material extrusion method 3D printer, characterized in that any one of a human body model for surgical planning and simulation, a surgical training model, and a medical image practice model.
제1항에 있어서,
상기 3D 인체 모델은 선량 조절용 가이드 인것을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 프린터.
According to claim 1,
The 3D human body model is a material extrusion method 3D printer, characterized in that the guide for dose adjustment.
재료 압출 방식의 3D 모델 프린팅 방법에 있어서,
압출기들 중 3D 인체 모델 형성을 위해 선택된 하나 이상의 압출기가 금속 나노입자의 배합 비율을 단계적으로 조절하여 제조한 필라멘트 재료들 중 하나 이상의 필라멘트 재료들을 하나 이상의 노즐로 공급하는 단계;
XYZ축 구동부가 상기 3D 인체 모델 형성을 위한 위치로 노즐들의 XYZ 위치를 가변하는 단계;
상기 노즐들 중 상기 3D 인체 모델 형성을 위해 선택된 하나 이상의 노즐이 상기 하나 이상의 필라멘트 재료들을 공급받아 용융하여 출력판에 토출하여 상기 3D 인체 모델을 프린트하는 단계;를 포함하고,
상기 필라멘트 재료들은,
ABS, PLA, TPU, 나일론, PET, 실리콘 중 하나 이상을 포함하는 필라멘트 원재료 및 금속 나노입자가 소정 비율의 혼합되어 제조되고,
상기 금속 나노입자의 혼합비율을 높일수록 X선의 흡수도도 증가하므로, 상기 금속 나노입자의 혼합비율을 조절하여 X선의 흡수도를 조절하고,
조절된 X선의 흡수도는 상기 3D 인체 모델의 각 부위별 흡수도에 맞게 설정되는 것을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 모델 프린팅 방법.
In the 3D model printing method of material extrusion method,
One or more extruders selected for forming a 3D human body model among the extruders, supplying at least one filament material of at least one of the filament materials produced by adjusting the compounding ratio of the metal nanoparticles stepwise;
The XYZ axis driving unit varies the XYZ position of the nozzles to a position for forming the 3D human body model;
Including one or more nozzles selected to form the 3D human body model among the nozzles are supplied with the one or more filament materials, melted, and discharged to an output plate to print the 3D human body model.
The filament materials,
Filament raw materials and metal nanoparticles including one or more of ABS, PLA, TPU, nylon, PET, and silicon are mixed and prepared in a predetermined ratio,
As the mixing ratio of the metal nanoparticles increases, the absorbance of X-rays also increases, so the absorption ratio of the X-rays is controlled by adjusting the mixing ratio of the metal nanoparticles,
The 3D model printing method of the material extrusion method, characterized in that the adjusted absorbance of the X-rays is set according to the absorbance of each part of the 3D human body model.
제5항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 산화철 나노입자임을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 모델 프린팅 방법.
The method of claim 5,
The metal nanoparticles are 3D model printing method of the material extrusion method, characterized in that the iron oxide nanoparticles.
제5항에 있어서,
상기 3D 인체 모델은 수술계획 및 시뮬레이션용 인체 모형, 수술교육 모형, 의료영상 실습용 모형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 모델 프린팅 방법.
The method of claim 5,
The 3D human body model is a 3D model printing method of a material extrusion method, characterized in that it is one of a human body model for surgical planning and simulation, a surgical training model, and a medical image practice model.
제5항에 있어서,
상기 3D 인체 모델은 선량 조절용 가이드 인것을 특징으로 하는 재료 압출 방식의 3D 모델 프린팅 방법.
The method of claim 5,
The 3D human body model is a material extrusion method 3D model printing method, characterized in that the guide for dose adjustment.
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