Three-dimensional (3D) printing has been particularly widely adopted in medical fields. Application of the 3D printing technique has even been extended to bio-cell printing for 3D tissue/organ development, the creation of scaffolds for tissue engineering, and actual clinical application for various medical parts. Of various medical fields, craniofacial plastic surgery is one of areas that pioneered the use of the 3D printing concept. Rapid prototype technology was introduced in the 1990s to medicine via computer-aided design, computer-aided manufacturing. To investigate the current status of 3D printing technology and its clinical application, a systematic review of the literature was conducted. In addition, the benefits and possibilities of the clinical application of 3D printing in craniofacial surgery are reviewed, based on personal experiences with more than 500 craniofacial cases conducted using 3D printing tactile prototype models.
3D 프린터란 3차원으로 특정 물건을 찍어내는 프린터로, 입체적으로 만들어진 설계도만 있으면 종이에 인쇄하듯 3차원 공간 안에 실제 사물을 만들어 낼 수 있는 기기다. 최근 3D 프린팅 기술은 의학 분야에서 다양하게 활용되고 있으며, 생체 의학적 응용은 지금까지 가장 중요한 연구 주제 중 하나로 주목 받아왔다. 3D 프린팅 기술은 의료 뿐 아니라 자동차, 항공, 선반 등 제조업 전반에 혁신적인 변화를 일으키고 있다. 현재 3D 프린터의 의료산업 적용 분야는 가상 시뮬레이션, 맞춤형의료보형물 제작, 의료 인력 교육 실습 등이다. 따라서 본 연구에서는 의료서비스를 위한 3D 프린팅 기술과 적용사례를 비교 분석하였다.
In the industry, three-dimensional coloring has been needed for realistic prototype from rapid prototyping. Z-corporation developed a 3D printer which provides three-dimensional colored prototype. However, the existing process cannot be adopted to models from other rapid prototyping process. In addition, time and cost for manufacturing colored prototype still remain to be improved. In this study, a new coloring process using ink-jet head is proposed for color printing on three-dimensional prototype surface. Process parameters such as the angle and the distance between ink-jet nozzle and the three-dimensional surface should be investigated from experiments. The correction matrix according to sloped angle to minimize the distortion of 2D image was proposed by analysis of printing error. Therefore, approximated method for angle and discrete length according to the radius of curvature for printing on the curved surface was proposed. By printing image on the doubly curved surface, the method was verified. As a practical example, helmet was chosen for printing images on the curved surface. The character images were applied with approximated method for angle and discrete length and was printed on the helmet surface.
With recent developments in digital dentistry, research on techniques and materials for three-dimensional (3D) printing is actively underway. We report the clinical applications and outcomes of 3D printing of temporary crowns fabricated with polylactic acid (PLA) using a fused deposition modeling (FDM) printer. Five participants were recruited from among patients scheduled to be treated with a single full-coverage crown at a dental clinic in a university medical center from June to August 2022. We used 3D-printed crowns fabricated with PLA using an FDM printer as temporary crowns and were assessed for discomfort, fracture, and dislodging. The 3D-printed temporary crowns were maintained without fracture, dislodging, or discomfort until the permanent prosthesis was ready. The average time required for printing the temporary crowns was approximately 7 minutes. The 3D printing of temporary crowns with PLA using an FDM printer is a convenient process for dentists. However, these crowns have some limitations, such as rough surface texture and translucency; therefore, the 3D printing process should be improved to produce better prostheses.
In the industry, three-dimensional coloring has been needed for a realistic prototype. The Z-corporation developed a 3D printer which provides a three-dimensional colored prototype. However, the process cannot be adopted to models fabricated by other rapid prototyping processes. In addition, time and cost for manufacturing colored prototypes still remain to be improved. In this study, a new coloring process using an ink-jet head is proposed for color printing on a three-dimensional surface. Process parameters such as the angle and the distance between the ink-jet nozzle and the three-dimensional surface should be investigated through experiments. In order to minimize the distortion of a 2D image, the correction matrix according to the sloped angle is proposed and obtained by analysis of printing errors. An image on the doubly curved surface is printed so as to verify the proposed method. As a practical example, a helmet is chosen for printing images on the curved surface. The practical applicability of the correction matrix is then demonstrated by printing the character images on the surface of the helmet.
This study examined the applicability of digital technologies based on three-dimensional(3D) scanning, modeling, and printing to the restoration of damaged artifacts. First, 3D close-range scanning was utilized to make a high-resolution polygon mesh model of a roof-end tile with a missing part, and a 3D virtual restoration of the missing part was conducted using a haptic interface. Furthermore, the virtual restoration model was printed out with a 3D printer using the material extrusion method and a PLA filament. Then, the additive structure of the printed output with a scanning electron microscope was observed and its shape accuracy was analyzed through 3D deviation analysis. It was discovered that the 3D printing output of the missing part has high dimensional accuracy and layer thickness, thus fitting extremely well with the fracture surface of the original roof-end tile. The convergence of digital virtual restoration based on 3D scanning and 3D printing technology has helped in minimizing contact with the artifact and broadening the choice of restoration materials significantly. In the future, if the efficiency of the virtual restoration modeling process is improved and the material stability of the printed output for the purpose of restoration is sufficiently verified, the usability of 3D digital technologies in cultural heritage restoration will increase.
삼차원(three-dimensional, 3D) 프린팅의 사용은 점차 보편화되고 있으며 정형외과 영역에서도 그 활용이 늘어나고 있다. 현재 정형외과에서 3D 프린팅 기술을 사용하는 방법은 크게 네 가지로 첫째, 3D 프린팅 모델을 이용한 수술 계획 수립 및 수술 시뮬레이션, 둘째, 환자 맞춤형 수술 기구, 셋째, 3D 적층 기법을 이용한 인공 삽입물의 생산, 넷째, 3D 프린팅으로 제작된 환자 맞춤형 삽입물이다. 3D 프린팅 기술을 사용할 수 있는 정형외과의 영역은 견관절, 척추, 고관절 및 골반, 슬관절, 족관절, 종양 분야 등으로, 각각의 영역마다 다루는 질환 및 특성이 다르기 때문에 3D 프린팅 기술을 사용하는 방법 역시 각각의 영역에 따라 약간의 차이가 있다. 하지만 모든 영역에서 3D 프린팅 기술을 이용하는 것은 수술의 효율을 높여 주고, 수술 시간을 단축시키며 수술 중 방사선 노출을 줄여 준다. 3D 프린팅 기술은 특히 복잡하고 어려운 질환이나 골절 환자의 치료에 큰 도움을 줄 수 있다. 따라서 정형외과 의사는 이러한 3D 프린팅 기술의 장점을 이해하고 임상에 최대한 적용하여 효율적인 환자의 치료가 이루어질 수 있도록 해야 한다.
In the present industry, three-dimensional colored shape has required for realistic prototype in rapid manufacturing. Z-corporation developed 3D printer which can color three-dimensional prototype but this process can't be adopted to other rapid prototype products and spend much time and cost coloring 3D shape. In this study a new coloring process on three-dimensional surface is proposed for realistic prototype. Three-dimensional surface coloring apparatus is composed of HP ink jet head and X-Y plotter. Distance and angle between ink jet nozzle and 3D surface are set as process parameter. Based on the experiment of process parameters, it is shown that distance and angle affected on printed image on 3D surface. Circle and line shape are chosen as standard image shape because the shape has widely used as standard in 2D printing. Consequently, the distorted image on 3D surface is corrected by transformed input image data.
To extend the application of digital technology to the replication of artifacts, meticulous details of the process and the diversity of three-dimensional (3D) printing output materials need to be supplemented. Thus, in this study, a bronze mirror with Hwangbichangcheon inscription was digitalized by 3D scanning, converted into a voxel model, and virtual conservation treatment was performed using a haptic device. Furthermore, the digital mold of the bronze mirror completed by Boolean modeling was printed using a 3D sand-printer. Such contactless replication based on digital technology reflects the stability, precision, expressivity, collectivity, durability, and economic feasibility of artifacts. Its application can be further extended to cultural products as well as such areas as education, exhibition, and research. It is expected to be in high demand for metal artifacts that require casting. If empirical studies through experimental research on casting are supplemented in the future, it could extend the application of digital technology-based contactless replication methods.
Hyun Ki, Hong;Do Gon, Kim;Dong Hun, Choi;Anna, Seo;Ho Yun, Chung
대한두개안면성형외과학회지
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제23권6호
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pp.278-281
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2022
The face is one of the most important parts of the body. Untreated facial fractures can result in deformities that can be harmful to patients. Three-dimensional (3D) printing is a rapidly evolving technology that has recently been widely applied in the medical field as it can potentially improve patient treatment. Although 3D printing technology is mostly used for craniofacial surgery, some studies have proved that it can be used to treat nasoethmoid orbital fractures. In this study, a patient-customized plate was constructed using a 3D printer and applied in a simulated surgery for the treatment of nasoethmoid orbital fracture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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