fbpx

3D Printing กับ วงการแพทย์ และกระดูกก้นกบ

3D Printing กับ วงการแพทย์ และกระดูกก้นกบ

สวัสดีครับนัก 3D print ทุกท่าน^^ วันนี้เรามีบทความและตัวอย่างชิ้นงาน 3D Printing ที่น่าสนใจมาฝากกันครับ…

คือต้องเกริ่นก่อนว่า หลายๆ งานที่ได้ทดลองการพิมพ์และนำมาลงทำบทความนั้นเกิดจากความสนใจและคิดว่าน่าจะนำมาเป็นประโยชน์ให้แก่ผู้ใช้เครื่องพิมพ์ 3มิติ ได้ไม่มากก็น้อย ซึ่งแต่ละอันอาจจะนำไปต่อยอดผลงานของแต่ละคนได้ หรือเป็นเกร็ดเล็กเกร็ดน้อยในการใช้เครื่องพิมพ์ 3มิติ ได้อย่างมืออาชีพมากขึ้น โดยก็หวังว่าบทความนี้จะมีประโยชน์อีกสักบทความหนึ่งแก่ทุกท่านครับ โดยเฉพาะทางด้านการแพทย์

จบท้ายคำเกริ่นมาขนาดนี้แล้ว “การแพทย์” คงไม่ต้องสงสัยแล้วละนะครับว่าบทความนี้กำลังพูดถึงอะไร (แต่เอาจริงๆแล้วก็น่าจะรู้ตั้งแต่ชื่อหัวข้อแล้วละนะครับ555) แต่ก่อนอื่นเลย ต้องขอบอกก่อนว่าหลังจากที่เราได้ทำบทความลงเว็บไซต์ของเราและช่องทางต่างๆ ตามโซเชียลมีเดียแล้ว ก็ได้ผลตอบรับที่ค่อนข้างดีและเรารู้สึกชื่นใจที่ใครหลายๆ คนได้นำบทความของเราไปใช้ในการทำงาน 3D Printing กันนะครับ แต่โดยส่วนมากนั้นที่เราลงมักจะเป็นบทความทางด้านงาน “วิศวกรรม” ซะส่วนใหญ่ ทั้งเทคนิกการพิมพ์ อะไหล่ต่างๆ การบำรุงรักษา ข่าวสารที่เกี่ยวกับงานวิศวกรรม การทดลองพิมพ์ชิ้นงานด้านวิศวะกรรมมากมายเหลือล้นแล้วละตอนนี้…

ตัวอย่างการพิมพ์ชิ้นงานรถยนต์ทั้งคัน

ทำให้ต้องกลับมามองว่าเครื่องพิมพ์ 3มิติ นี้สามารถใช้งานทางด้านวงการอื่นอีกมั้ย…วงการไหนที่ต้องการความแม่นยำและจำเป็นต่อการทำต้นแบบในงานวิจัยบ้าง เพราะคำว่า โมเดลต้นแบบ เป็น Object ที่แทบจะทุกวงการต้องทำเพื่อนำไปศึกษา วิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ของธุรกิจตัวเองซึ่งคิดไปคิดมาก็ได้ปิ๊งไอเดีย นั่นก็คือการพิมพ์ชิ้นงานต้นแบบเพื่อการศึกษา และจะศึกษาอะไรล่ะ งานด้านไหนต้องการใช้ศึกษามากที่สุด ซึ่งตัวเลือกที่ผุดขึ้นมาอย่างแรกเลยก็คือ “การแพทย์”

ใช่แล้วครับ งานด้านการแพทย์ มีส่วนสำคัญอย่างหนึ่งในการขับเคลื่อนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ ให้ก้าวไปข้างหน้าได้ แต่ต้องขอเล่าย้อนไปในสมัยที่ 3D Printer ยังไม่แพร่หลายเหมือนในสมัยนี้ แต่ก่อนการที่นักวิทยาศาสตร์หรือแพทย์หลายๆ ท่านได้เรียนในคลาสนั้น จำเป็นต้องเรียนรู้จากของจริง อวัยวะจริงๆ มีเนื้อมีหนังและกระดูกจริงๆ จับต้องได้ เพราะหากเรียนแต่ในหนังสือเราก็จะได้เห็นเพียงแต่รูปภาพและตัวหนังสือ เราจะไม่สามารถจินตนาการถึงสิ่งนั้นได้จริงๆ แต่ทุกอย่างที่ที่มีให้จับต้องนั้นย่อมมีต้นทุนที่สูงเพราะเนื่องจากเป็นของจริงจากสิ่งมีชีวิตจริงๆ ทำให้การเรียนการสอนนั้นค่อนข้างมีต้นทุนสูงและไม่สามารถใช้งานได้ตลอดทุกครั้ง เพราะมีการเสื่อมสภาพตามไปด้วย ทำให้นักศึกษาหรือบุคลากรหลายๆท่านไม่อาจเข้าถึงได้ง่าย

ตัวอย่างต้นแบบจากกระดูกของจริง ที่สมบูรณ์แปป

แต่ปัจจุบันก็ได้มีการพัฒนาออกมาเป็น “โมเดลพลาสติก” โดยผ่านการออกแบบและก๊อปปี้จากของจริง นำออกมาทำขายกันอย่างแพร่หลายทำให้ต้นทุนในการเข้าถึงนั้นง่ายขึ้นและราคาถูกลงเนื่องจากต้นทุนในการผลิตซึ่งทำการเม็ดพลาสติกนั้นราคาค่อนข้างถูก ทำให้เกิดการแพร่หลายของวงการแพทย์มากขึ้น ผู้คนที่มีทุนน้อยก็สามารถเข้าถึงการศึกษานี้ได้เยอะขึ้น ทำให้ประเทศสามารถพัฒนาไปได้อย่างรวดเร็วมากขึ้น

ตัวอย่างโมเดลคนทั้งตัว ทำจากพลาสติก

แต่ก็ยังมีจุดสังเกตตรงที่เนื่องจากผู้ผลิตนั้นส่วนหนึ่งจัดทำขึ้นเพื่อการศึกษาแต่อีกส่วนหนึ่งก็ต้องเข้าใจผู้ประกอบการด้วยว่า เขาทำธุรกิจ จึงทำให้ไม่สามารถออกผลิตภัณฑ์ใหม่ๆได้ตลอดเวลา แม้จะเป็นชิ้นส่วนแบบเดียวกันเช่น ขากรรไกรของมนุษย์ ซึ่งตามความเป็นจริงแล้วมนุษย์มีหลากหลายรูปร่าง และสัดส่วนของแต่ละคนก็ต่างกันแล้ว ทำให้หากจะหาขากรรไกรที่มีขนาดต่างจากที่ขายทั่วไปเพียง 1cm. ก็ไม่อาจจะสามารถหาได้ง่าย เพราะการทำผลิตภัณฑ์ชิ้นหนึ่งนั้นจำเป็นต้องวางแผนแล้วใช้ต้นทุนสูงในการผลิตทีละมากๆ ออกมาขายทุกคนจึงจำเป็นต้องใช้เท่าที่มีขายในท้องตลาดหรือ หากต้องการจริงๆ เป็นงานวิจัยที่ต้องการความเฉพาะจริงก็จะสั่งทำพิเศษซึ่งก็จะต้องใช้เงินทุนมากกว่าเก่าหลายเท่านัก ซึ่งจุดนี้เป็นจุดที่เครื่องพิมพ์ 3มิติ สามารถเข้ามาแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์

การใช้เครื่องพิมพ์ 3มิติ พิมพ์แขนเทียมสำหรับคนพิการ

เครื่องพิมพ์ 3มิติ ในสมัยนี้ จากแต่ก่อนที่ราคาสูงถึงหลักแสน ตอนนี้ได้ลดลงมาทำให้ผู้คนสามารถเข้าถึงได้ในราคาหลักหมื่นบาทแล้ว แต่ก็แล้วแต่ สเปคที่ต้องการด้วย ความสามารถของเครื่องพิมพ์ 3มิติ นั้นค่อนข้างหลากหลาย สามารถขึ้นมาเป็นชิ้นงาน 3มิติ ที่จับต้องได้ มองได้ทุกมุม 360องศา และใช้เวลาไม่นาน สามารถพิมพืกี่ชิ้นก้ได้ตามต้องการ ไม่มีขั้นต่ำ และอีกอย่างสามารถดัดแปลงไฟล์งาน เติมตัดแต่งไฟลืได้ไม่จำกัด (แต่จำเป็นต้องมีทักษะด้านการทำไฟลื 3D ด้วย ซึ่งก็มีหลากหลายโปรแกรมให้เลือกใช้งานกัน) มันจึงเหมาะอย่างมากกับการนำมาใช้ในงานวิจัยต่างๆ โดยเฉพาะงานที่ต้องการความ Custom พิเศษที่ไม่สามารถหาได้ตามท้องตลาดทั่วไป

ผมจึงได้ลองค้นหาไฟล์โมเดลต้นแบบ ที่สามารถพิมพ์ออกมาแล้วนำมาอธิบายถึงความสามารถของเครื่องพิมพ์ 3มิติ นี้ที่เข้ากับงานด้านการแพทย์ให้ได้มากที่สุด หาไปหามาก็ได้มาเจอกันไฟล์2ไฟล์ นั่นก็คือ กระดูกเชินกรานและกระดูกก้นกบ โดยเหตุผลที่ผมเลือกเจ้า 2 ตัวนี้ เนื่องจากมีความเกี่ยวเนื่องกันนั้นก็คือ ตัวกระดูกก้นกบนั้นเป็นส่วนที่ยึดติดต่อกับกระดูกเชิงกราน และอีกอย่างคือเป็นชิ้นโมเดลที่มีลักษณะ Free Form ซึ่งต่างจากชิ้นงานวิศวกรรมที่มีลักษณะ เป็น Mechanical เหลี่ยมมุม ทำให้สามารถนำมาเป็นข้อเปรียบเทียบระหว่าง 2 วงการนี้ได้อย่างชัดเจน

กระดูกเชิงกรานมุม Perspective
กระดูกเชิงกรานมุม Font
กระดูกเชิงกรานมุม Perspective ด้านหน้า
กระดูกเชิงกรานมุม Perspective ด้านหลัง

จากภาพเป็นไฟล์ที่ได้มากจากเว็บไซต์ : MyMiniFactory เป็นเว็บไซต์หนึ่งในหลายๆ เว็บไซต์ ที่ทุกคนสามารถโชว์ผลงานและอัปโหลดไฟล์งานของตัวเองเพื่อให้หลายๆคนเข้าไปโหลดและพิมพ์เล่นกันได้ฟรีๆ ซึ่งผมก็หาไฟล์งานกระดูกจากเว็บนี้ และนำมาพิมพ์งานจริงออกมา โดยต้องขอบอกก่อนว่าผมใช้เครื่องพิมพ์ 3มิติ ที่ชื่อว่า Form3 เป็นเครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบ SLA จากอเมริกา มาตรฐานระดับโลก เป็นแบรนด์เครื่องพิมพ์ 3มิติ ที่มีน้ำยาเรซิ่นซึ่งเป็นวัสดุสำหรับการพิมพ์ที่หลากหลายประเภทมากๆ มากกว่า 20 ประเภท โดยตัวอย่างที่ผมใช้ในการพิมพ์นั้นคือ Resin Clear เป็นเรซิ่นแบบใส โปร่งแสง โปร่งใส สามารถมองทะลุได้ และมีความแข็งแรงระดับหนึ่ง ไม่แตกหักง่าย

ทำไมต้องใช้เครื่อง Form3 กันละ??? เพราะเครื่องที่เป็นระบบ SLA นั้น แตกต่างจากเครื่องพิมพ์ FDM ทั่วไปที่ใช้เส้นพลาสติกตรงที่มี เครื่องระบบ SLA นั้นสามารถพิมพ์งานได้ละเอียดมากกว่า FDM หลายเท่า โดยเจ้าตัว Form3 นี้สามารถพิมพ์ละเอียดได้มากสุดถึง 25Microns หรือ 0.025 mm. ซึ่งถ้าเป็นเครื่อง FDM ทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 100Microns หรือ 0.1 mm. เท่านั้นเอง และการใช้งานก็ง่ายกว่า FDM มาก และเนื่องจากมันสามารถทำความละเอียดได้มากขนาดนี้ทำให้หากโมเดลต้นแบบอะไรก็ตามมีรายละเอียดเยอะ เล็ก และละเอียดมากๆ เจ้าเครื่องระบบ SLA นี้ก็สามารถทำได้สบายๆ

ภาพไฟล์งานที่คำนวนและตั้งเตรียมพร้อมสั่งพิมพ์เรียบร้อยในโปรแกรม Preform ซึ่งเป็นโปรแกรมเตรียมพิมพ์ของเครื่อง Form ทุกรุ่น
ชิ้นงานมีขนาดเล็ก แต่ก็สามารถพิมพ์จุดที่เข้าถึงยากได้ อย่างเช่น พวกร่องหรือรูเล็กๆ ต่างๆ

หลังจากที่เราได้ทำการตั้งค่าไฟล์สำหรับการพิมพ์แล้ว ทีนี้ก็ลงมือกดพิมพ์ชิ้นงานและรออย่างใจจดใจจ่อได้เลย!!!

ชิ้นงานที่พึ่งพิมพ์เสร็จใหม่ๆ ใช้เวลาไม่นาน
วางชิ้นงานเทียบขนาดกัน

จากภาพด้านบนจะเห็นได้ว่า ผมได้ขยายส่วนของกระดูกก้นกบให้ใหญ่ขึ้นจนเต็มพื้นที่แป้นพิมพ์ ทำให้สามารถมองเห็นรายละเอียดต่างๆของชิ้นงานกระดูกก้นกบได้อย่างชัดเจนมากขึ้น ซึ่งแตกต่างจากกระดูกเชิงกรานที่มีขนาการพิมพ์ที่เล็กกว่า (แต่ก็ขยายให้พิมพ์เต็มฐานเช่นกัน) หลังจากนั้นก็นำไปล้างด้วย IPA และเก็บซัพพอร์ตที่ติดอยู่ออกให้หมด ขัดแต่งนิดๆ หน่อยก็สวยงามพร้อมนำไปใช้ทำงานวิจัยและศึกษาต่อได้แล้ว

โมเดลกระดูกเชิงกรานที่พิมพ์ออกมาเรียบร้อย
กระดูกก้นกบที่พิมพ์ออกมาขนาดเท่าฝ่ามือ
มองเห็นรายละเอียด่างๆได้อย่างดี สามารถมองเห็นทะลุไปได้

จากภาพก็สามารถบ่งบอกได้แล้วว่าเราสามารถนำเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3มิติ นี้ได้อย่างไรบ้าง สามารถสร้างชิ้นงานตัวกระดูกก้นกบให้ใหญ่กว่าปกติเพื่อที่จะนำมาศึกษาเชิงลึกกว่าตัวกระดูกเชิงกรานทั้งหมด ทำให้เห็นสัดส่วนที่ชัดเจนขึ้นมา รูร่องต่างๆ สมจริงตามไฟล์ที่ได้มา ซึ่งนอกจากกระดูกก้นกบและกระดูกเชิงกรานแล้ว เราก็สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนอวัยวะอื่นๆ ได้ไม่จำกัด หากเรามีไฟล์ 3D อะไรๆ ก็ง่ายไปหมด

ตัวอย่างเช่น…

ต้นแบบกระเพาะหมูที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบ FDM และใช้เส้นพลาสติกแบบ Flexible ที่มีความยืดหยุ่นทำให้ลักษณะของกระเพาะมีความนิ่มคล้ายของจริง โดยขยายไซต์จากไฟล์เดิม25% เพื่อใช้ในการสอนสัตวแพทย์ต่อไป

หรือจะเป็นกระโหลดศรีษะ และ สมองที่ได้จากการ CT SCAN จากคนไข้ของจริง นำมาแปลงเป็นไฟล์ 3D พิมพ์ออกมา

ตัวอย่างโมเดลพิมพ์จากไฟล์3D ที่แปลงจากไฟล์สแกน
ภาพตอนกำลังพิมพ์โมเดลสมอง ซึ่งสามารถเก็บรายละเอียดรอยหยักของสมองได้ครบถ้วน

เครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบ FDM เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นใช้งาน

และที่เป็นที่นิยมสำหรับงานพิมพ์ด้านการแพทย์เลยคือ ทันตกรรม ที่มักจะเปลี่ยนวิธีการ Milling มาเป็น 3D Printing กันบ้างแล้ว ซึ่งสามารถตอบโจทย์คลินิกและโรงพยาบาลได้มากมาย เพระาสามารถพิมพ์พร้อมกันได้หลายชิ้นและแต่ละชิ้นก็แตกต่างกันไปตามคนไข้แต่ละคนด้วย

พิมพ์ด้วยเรซิ่น 2 ชนิด คือแบบ Dental สีเนื้อ และ Clear Dental ที่ทำเป็นที่ครอบฟัน
สามารถจัดเรียงพิมพ์ชิ้นงานได้จำนวนมาก ในการสั่งพิมพ์ครั้งเดียว

จะเห็นได้ว่าหลายๆ วงการแพทย์ก็สามารถนำเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3มิติ นี้ ไปใช้กับการทำงานของแต่ละท่านแต่ละสาขาได้ ซึ่ง มันจะสามารถช่วยงานการทำงานวิจัยต่างๆ เป็นไปได้อย่างรวดเร็วมากขึ้น โดยไม่จำเป็นต้นมาเสียเวลากับการทำต้นแบบด้วยมือหรือจ้างโรงงานที่มีต้นทุนสูงเพียงทำต้นแบบไม่กี่ชิ้น

จากที่เล่ามาทั้งหมดนี้ บทความนี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของความสามารถของเครื่องพิมพ์ 3มิติ ซึ่งหากจะให้แยกย่อยหลักการทำงานนั้น คงจำเป็นต้องร่ายยาวหลายหน้าทีเดียว ซึ่งเดี๋ยวจะทยอยลงบทความที่พอเป็นประโยชน์แก่ทุกท่านที่ได้รับชมกันนะครับ

สุดท้ายนี้ก็อยากให้ทุกท่านได้ลองพิมพ์ชิ้นงานอะไรใหม่ๆที่อยู่นอกเหนือจากงานที่ทำอยู่ มันอาจจะทำให้เปิดโลกบางอย่างที่เราไม่อาจเคยคิดเคยสนใจเข้าเลยนะครับ ซึ่งไม่แน่สิ่งนั้นอาจจะนำมาปรับใช้กับงานของเราให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นก็เป็นได้ครับผม

ขอให้ทุกท่านโชคดีกับ 3D Print นะครับ^^