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Formlabs Medical: Der ultimative Leitfaden zum Färben, Lackieren und Bemalen von SLA-Teilen

Das Gesundheitswesen verwendet vielseitige Bildgebungswerkzeuge bei der Diagnostik, um körperliche Details zu messen und besser zu verstehen. Scanner und Bildschirmvisualisierungswerkzeuge nutzen 2D- und 3D-Grafiken, die in Echtzeit bearbeitet werden können und so die Medizin verändern. Wenngleich solche Bildschirmvisualisierungen eine entscheidende Rolle in den Praxen spielen, stoßen sie doch an ihre Grenzen. Forschungsergebnissen zu Folge, die in der Zeitschrift Annals of Oncology veröffentlicht wurden, zeigt dieselbe Bildauswertung bei unterschiedlichen Zentren manchmal abweichende Ergebnisse aufgrund unterschiedlicher Technikvorlieben oder Interpretationen. Weiterhin zählen auch Bildrauschen und statistische Abweichungen zu den Limitierungen, die sich auf die Richtigkeit der Ergebnisse auswirken. Um die Genauigkeit zu verbessern, setzen medizinische Innovationsteams zunehmend auf farbige, 3D-gedruckte Stereolithografie-Teile (SLA), die die Bildgebungstechniken unterstützen.

Radiologen, Chirurgen und Biomediziner wenden sich mit steigender Tendenz dem 3D-Druck zu, um präzise dreidimensionale Anatomieabbildungen zu erstellen. Diese 3D-Modelle werden im Diagnoseprozess und als Aufklärungsmittel für Patienten verwendet. Das zeigt, wie wichtig leistungsstarke Vor- und Nachbearbeitungstechniken bei gedruckten Anatomiemodellen sind.

Dieser Beitrag behandelt die nötigen Schritte, um medizinische SLA-Druckteile einzufärben. Des Weiteren gehen wir auf die verschiedenen Färbetechniken bestimmter Anwendungen ein und erklären, wie man die besten Ergebnisse erzielt. Diese Techniken sprechen insbesondere Nutzer an, die eigene Farben und Färbemittel erstellen möchten, die nicht zum Formlabs Color Kit gehören.


HINWEIS: SOFT TISSUE RESIN

Das Soft-Tissue-Resin-Starterpaket wurde vor allem zum Drucken von Zahnfleischmasken und Implantatsmodellen entwickelt. Dieses Kunstharz simuliert Weichgewebe und bietet Nutzern aus der Zahnmedizin mehr Vorteile. Erfahren Sie hier, welche dies sind. Zum Färben medizinischer Teile empfehlen wir die Kunstharze in diesem Leitfaden.


Vier Färbetechniken für SLA-Teile

SLA-3D-Druck ist zwar berühmt für seine herausragende Präzision, hat aber auch bekannte Einschränkungen, wenn es um den Druck eines Einzelteils in mehreren Farben geht. Der Druck in einer einzigen deckenden Farbe ist mit unserem Color Kit ein Kinderspiel, jedoch existiert noch keine Technologie für mehrfarbigen SLA-Druck. Der Anschaffungspreis eines PolyJet-Druckers mit Mehrfarbigkeitskapazitäten bewegt sich üblicherweise im siebenstelligen Bereich, und das bereits ohne Support- und Wartungskosten. Natürlich kann man auch einen Dienstleister mit der Erstellung des Teils beauftragen, doch bei den heutigen Materialkosten investiert man dabei ebenfalls mehrere Tausender pro Druckteil. Untenstehend finden Sie einfache Methoden, mit denen Sie einen Formlabs-Drucker in Ihren Arbeitsprozess integrieren und farbige wie detailreiche Modelle für das Gesundheitswesen erstellen.

Druck mit farbigem Kunstharz

Clear Resin gemischt mit alkoholbasierter Tinte

In diesem Prozess erklären wir, wie man mit unserem Clear Resin und alkoholbasierter Tinte lichtdurchlässige Teile herstellt. Der Druck mit farbigen Kunstharzen beginnt mit der Mischung alkoholbasierter Tinte der gewünschten Farbe mit Clear Resin. Alkoholische Tinten lösen sich in Clear Resin vollständig auf. Somit sind sie ideal, um dem gesamten Druck einen gleichmäßigen Farbton zu verleihen. Dazu benötigen Sie die folgenden Sachen:

  • 10 ml alkoholbasierte Tinte 
  • 1 Liter Clear Resin 

  • eine Spritze 

  • Schutzhandschuhe

Messen Sie zunächst 10 ml Alkoholtinte mit der Spritze ab. Geben Sie die Farbe anschließend in die obige Öffnung Ihrer Kartusche mit 1 l Clear Resin. Schütteln Sie den Behälter danach ausgiebig zwei Minuten lang, damit sich die Tinte vollständig mit dem Harz vermischt. Sie können eine kleine Menge ausgießen und die korrekte Mischung prüfen. 

Der restliche Druckvorgang läuft wie gewohnt ab. Setzen Sie die frisch gemischte Materialkartusche und einen neuen Tank in den Drucker ein. Versichern Sie sich, dass für Ihre Datei Clear Resin eingestellt ist. Laden Sie Ihren Druckauftrag hoch und starten Sie ihn über den Drucker. Verwenden Sie beim Form Wash und Form Cure dieselben Einstellungen wie für Clear Resin. 

Anwendungsbeispiele: der Druck bestimmter Bereiche als Bauteil eines mehrteiligen Modells, der Druck einzelner Organe, der Druck individueller Gefäße.

Vorteile: einfache Einrichtung, gleichmäßige Farbgebung, keine zusätzliche Nachbearbeitung.

Nachteile: ein ganzer Liter Kunstharz ist farbig und muss erst einmal aufgebraucht werden, farbiges Kunstharz im Form Wash, nur eine Farbe pro Druck.

Beachten Sie unbedingt, dass jegliche fremde Substanz im Kunstharz das Risiko von Fehldrucken erhöht und die Druckergarantie verwirkt, sollte dieses Material zu einem Problem führen. 

Färben Sie niemals flüssiges Elastic Resin oder Flexible Resin, da Drucke mit diesen Materialien ohnehin schon schwierig sind. Möchten Sie Teile aus Elastic Resin oder Flexible Resin einfärben, befolgen Sie bitte die nachstehenden Anweisungen.

SLA-Teile nach dem Druck einfärben

Elastic Resin und Clear Resin nach dem Eintauchen in alkoholbasierte Tinte / IPA-Lösung. Modellquelle: Nierenarterienaneurysmen von Dr. med. Anish Ghodadra, Yale New Haven Hospital

Falls Sie keine ganze Ladung gefärbten Materials mischen möchten und dennoch farbige Teile benötigen, können Sie die Tinte auch nach dem Druckvorgang auftragen. Sie können hervorzuhebende Bereiche ganz einfach in Tintenlösungen eintauchen und so mehrfarbige Teile erstellen. Dazu benötigen Sie folgende Sachen:

  • ein gedrucktes Modell aus Clear Resin, Elastic 50A Resin oder Flexible 80A Resin

  • 10 ml alkoholbasierte Tinte auf 1 Liter IPA für helle Farbtöne

  • 20 ml alkoholbasierte Tinte auf 1 Liter IPA für dunkle Farbtöne

  • Formlabs Finish Kit

  • Schutzhandschuhe

Sobald das Druckteil fertig ist, starten Sie den Form Wash entsprechend der Anweisungen des jeweiligen Materials. Während das Teil gewaschen wird, dosieren Sie Ihre alkoholbasierte Tinte im Verhältnis 1:100 ml IPA oder 2:100 ml IPA, je nach gewünschtem Farbton. Stellen Sie genug dieser Lösung her, um Ihr Teil im Finish Kit zu bedecken. Tunken Sie Ihr Teil 10 Minuten lang in die entsprechende Lösung. (Testzeiten von 20 und 30 Minuten hatten keine Auswirkung auf die Farbe der gefärbten Teile.) Nehmen Sie die Teile heraus und lassen Sie sie an der Luft trocknen, bevor Sie den Form Cure verwenden. Die Aushärtung der Teile führt nicht zum Farbverlust. Stützstrukturen sollten bis zum Ende am Teil verbleiben, um die strukturelle Unversehrtheit des Teils zu gewährleisten und Verformungen im Aushärtungsprozess zu vermeiden.

Anwendungsbeispiele: Einfärbung bestimmter Bereiche als Bauteil eines mehrteiligen Modells, Einfärbung einzelner Organe, Einfärbung individueller Gefäße.

Vorteile: gleichzeitige Einfärbung vieler Teile, keine Tinte im Form Wash, benötigt keine komplette Harzkartusche.

Nachteile: nicht die sauberste Prozedur.

Bemalung mit Acrylfarben

Bei komplexen Modellen mit filigranen Details muss man bei der Farbgebung manchmal zu Malfarben greifen. Dieser Prozess ist unter Umständen zeitintensiv und die Ergebnisse hängen stark von den malerischen Fertigkeiten des Anwenders ab, dafür bietet er aber eine Art der künstlerischen Entfaltung. Hochdetaillierte und handbemalte Modelle eigenen sich hervorragend zur Ausbildung von Assistenzärzten, da man jedes Blutgefäß oder Organ zu Anschauungszwecken mit einer anderen Farbe versehen kann.

Grundierung kann zum Verlust der benötigten Detailstufe kleinerer Teile führen, deshalb empfehlen wir die Verwendung multi-untergrundfähiger Acrylfarben, die an nicht-porösen Materialien haften, wie z. B. an unseren Kunstharzen. 

Zum Bemalen von SLA-Teilen benötigen Sie folgende Sachen:

  • multi-untergrundfähige Acrylfarben

  • weiche Pinsel, Airbrush/Farbspritzpistole oder Sprühdose

  • Handschuhe und Maske

 

Befolgen Sie bei der Acrylbemalung von SLA-Teilen die folgenden Schritte:

1.     Entfernen Sie nach der Nachbearbeitung die Stützstrukturen. Eliminieren Sie allen Staub und fixieren Sie das Modell für die Bemalung.

2.     Tragen Sie die erste Schicht mit einem beliebigen Werkzeug auf der Oberfläche des Modells auf. Dabei empfehlen wir vor allem Airbrushes oder Sprühdosen. In unserem Leitfaden zum Lackieren von 3D-gedruckten Teilen finden Sie Videos dazu. 

3.     Tragen Sie in Übereinstimmung mit den Herstelleranweisungen weitere Farbschichten auf.

4.     Beim Bemalen können Sie beliebig viele Farben verwenden. Benutzen Sie bei mehrfarbigen Modellen Kreppband oder Abdeckband, um Masken der einzelnen Abschnitte des Drucks zu erstellen. So erreichen Sie scharfe, definierte Kanten, selbst wenn Sie mit Spray oder Airbrush arbeiten.

Tipp: Tragen Sie nach der Bemalung eine gleichmäßige durchsichtige bzw. matte Schicht auf der Oberfläche auf, damit diese glänzt oder matt erscheint. 

Anwendungsbeispiele: komplexe anatomische Modelle, Modelle mit hervorzuhebenden Außenbereichen, mehrteilige Modelle.

Vorteile: Regionen können mit jeder beliebigen Farbe versehen werden.

Nachteile: teils abhängig von den malerischen Fertigkeiten, funktioniert nur für externe Hervorhebungen.

Hohlkörper einfärben

Falls Sie die internen Bereiche eines Modells hervorheben möchten, verwenden Sie die folgende Methode der Aushöhlung und Einfärbung. Indem Sie die Gefäße, Tumore oder andere interne Bereiche aushöhlen, können Sie sie jeweils mit entsprechender Farbe füllen und so hervorheben. 

Für diesen Prozess erstellen Sie Hohlräume in den gewünschten Bereichen und spritzen die gewählte Farbe hinein. So erhält man ein realistisches Ergebnis, ähnlich echten Blutgefäßen oder Organklappen. Damit diese Technik jedoch funktioniert, müssen strukturelle Entscheidungen noch vor der Nachbearbeitung getroffen werden.

Höhlen Sie den gewünschten Körper in Ihrer Designsoftware aus und lassen Sie eine Öffnung, die groß genug für die Farbe ist. Manchmal bedarf es mehrerer Öffnungen, damit beim Befüllen Luftblasen aus komplizierten Bereichen entweichen können. Folgen Sie den normalen Druck- und Nachbearbeitungsschritten und versichern Sie sich, dass kein flüssiges Kunstharz und kein IPA in den Hohlräumen verbleibt. 

Bei Ihren zugänglichen Hohlräumen benötigen Sie folgende Sachen:

  • multi-untergrundfähige Acrylfarben

  • Spritze oder Pipette

  • Handschuhe

Führen Sie dann die folgenden Färbungsschritte für SLA-Drucke durch:

1.     Halten Sie das Teil in einem entsprechenden Winkel, damit die Farbe alle Hohlräume erreicht.

2.     Geben Sie die Farbe mit einer Spritze oder Pipette in den Hohlraum und füllen Sie diesen entweder ganz oder voll genug, damit die Wände beim Schütteln mit Farbe überzogen werden. (Bei kleineren Hohlräumen müssen Sie die Farbe eventuell vorher mit etwas Wasser verdünnen.)

3.     Sobald die Wände mit Farbe bedeckt sind, lassen Sie die überschüssige Farbe ablaufen und die Farbbeschichtung die empfohlene Zeit lang trocknen.

4.     Wenn die Farbe getrocknet ist, stellen Sie die beste Oberflächenbeschaffenheit mit der entsprechenden Technik sicher.

Anwendungsbeispiele: Visualisierung interner Gefäße, Tumore oder hervorzuhebender Bereiche.

Vorteile: deutliche Visualisierung interner Bereiche bei Modellen aus Clear Resin.

Nachteile: etwas anspruchsvollere Prozedur.

Weitere Informationen

Bei Formlabs erleben wir aus erster Hand, wie der 3D-Druck bahnbrechende medizinische Anwendungen ermöglicht und dabei entscheidende Zeit und Kosten spart – vom Labor bis zum OP. Das Einfärben 3D-gedruckter Teile erhöht den Effekt sowohl in Krankenhäusern als auch bei der medizinischen Ausbildung. Dieser Überblickt zeigt hoffentlich, wie leicht das Färben der Druckteile sein kann. Um einen Druck aus Clear Resin selbst zu sehen und in die Hand zu nehmen, fordern Sie unten einen Probedruck an. Falls Sie mehr darüber erfahren möchten, wie 3D-Druck die Medizinbranche revolutioniert, sprechen Sie mit einem unserer Experten.