應用案例
其他 | 2026.03.06
堅韌、可加工、防水：Nudge Zero 背後的材質
醫療器材研發革命：Nudge Zero 如何利用 Form 4L 3D 列印實現 24 小時快速迭代？
Nudge Zero 正在開發一款改變命運的第二類（Class II）醫療器材。該設備利用低強度聚焦超音波（Low-intensity focused ultrasound），致力於治療從鴉片類藥物成癮、耳鳴到憂鬱症等各類大腦疾病。
工程師 Sam Schmitz 表示：「如果這項技術奏效，哪怕只能治療部分預期的病症，我們也能徹底改變數億人的生活。很少有技術能處於『可行性』與『巨大潛力』的交匯點，所以我們必須盡快推動這項研發。」
幾何複雜性、防水性、抗衝擊性、精度、可加工性、生物相容性…Nudge Zero 對材料的要求很高，而內部 3D 列印是按時滿足這些需求的唯一途徑。
Nudge Zero預計將是一款II類醫療器械，它利用低強度聚焦超音波技術，未來可望用於治療包括鴉片類藥物成癮、耳鳴和憂鬱症在內的各種腦部疾病。該產品對零件的要求很高，其中一些零件必須能夠在核磁共振成像（MRI）環境下工作。此外，工程師還需要能夠在一天甚至更短的時間內完成迭代。即使在幾年前，生產這些零件幾乎是不可能的，但隨著3D列印技術和材料的進步，Nudge團隊現在可以在一天之內完成內部迭代。
「如果這項技術成功，並且能夠治療一些理論上的病症，我們就能徹底改變數億人的生活。很少有技術能像它一樣，既切實可行又擁有如此巨大的潛力，能夠幫助如此多的人。所以我們必須盡快推進這項研究。”
薩姆·施密茨，工程師
Nudge Zero 由三個部分組成：
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- 核心部件是一個高通道數的超音波相控陣，封裝在一個頭盔狀結構中，可用於 MRI 機器。
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- 該推車可對超音波陣列用水進行脫氣、去離子和加熱。
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- 驅動電子設備，用於產生超音波陣列波束成形所需的波形。
推車和核心零件均採用Form 4L 3D 列印技術製作，包括核心零件的外殼。其他矽膠部件則使用3D 列印模具澆鑄而成——所有這些工序都在一天之內完成。
最適合這項工作的材料
“我們非常信賴Tough 2000樹脂，它作為一種終端應用材料的耐久性，可以媲美SLS工藝。即使掉落或撞擊，它也不會損壞。”
薩姆·施密茨，工程師
材料至關重要。核心部件的部分必須防水且抗衝擊，以承受敲擊和日常使用，而其他部分則必須具有生物相容性。施密茨公司在零件製造中使用了多種 Formlabs 材料，最近也新增了Tough 2000 樹脂的新版本。
堅韌的2000樹脂：替代機械加工聚碳酸酯
Tough 2000樹脂是一種堅硬、強度高、抗衝擊性強的材料，性能可與ABS媲美。施密茨最初用一個他急需的薄壁零件測試了新版本的Tough 2000樹脂。這個1毫米厚的零件輕鬆卡入到位，沒有斷裂。之後，施密茨又用列印出來的剩餘零件進行了測試。
「我試著用錘子敲打它，那時我才真正意識到，哇，這東西太棒了。還有很多其他薄壁零件也是聚碳酸酯材質的，因為我們確實需要這種抗衝擊性。以前，我把它們送去加工，但隨著我重新設計，我開始用Tough 2000樹脂全部替換掉它們。效果非常好。」
薩姆·施密茨，工程師
在重新設計封面時，施密茨使用 Tough 2000 樹脂進行列印，取代了原本需要外包加工的聚碳酸酯零件。借助 Form 4L 列印技術，施密茨可以根據需要重新設計，並在數小時內完成列印。
堅韌的2000樹脂：大型、防水外殼，細節精美
陣列外殼尺寸較大，長約 300 毫米，直徑約 250 毫米，由兩部分組成，這兩部分必須卡扣連接並確保水密性，因此對尺寸精度和抗翹曲、抗蠕變性能都有很高的要求。此外，還需要精細的細節解析度。由於該設備需要在核磁共振成像 (MRI) 環境下工作，因此設備內部不能使用任何金屬——螺絲必須採用塑膠材質。另外，該設備需要跨越多個街區運送到 MRI 設備進行掃描，然後再運回不同的測試裝置。運輸過程中設備會受到劇烈衝擊，因此外殼必須具備抗衝擊能力。
“我們不能使用壓入式或熱定型式嵌件，所以它必須足夠堅固，以便我們能夠攻絲——這一點非常重要。這些都是M3螺紋，我們可以直接攻絲到Tough 2000 V2上。效果非常好。”
薩姆·施密茨，工程師
組件之間用橡膠墊圈密封。擰緊後即可防水。施密茨說，為了“萬無一失”，還塗了一層薄薄的RTV矽膠。 “我們發現，尤其是在使用新的支撐結構後，列印效果非常好，而且各個部件之間幾乎沒有縫隙。”
最初，外殼是外包給選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印公司生產的，但在施密茨測試了 Tough 2000 樹脂以及 Form 4L 的成型尺寸後，他嘗試自行列印外殼。 Tough 2000 樹脂不僅具備所需的抗衝擊性，而且尺寸精度和表面光潔度也優於外包零件。施密茨先將孔印到標稱攻牙尺寸，然後再用鑽頭進行加工。
“節省的時間非常多。我可以一次性打印出這兩個部件；基本上一天就能拿到兩個零件，這比交給服務機構幾週時間或者支付幾千美元的加急費要好得多。”
薩姆·施密茨，工程師
研發時效對比：委外 vs. 廠內生產
在醫療器材開發中，時間就是生命。以下是生產一組外殼零件的時間耗費對比：
| 項目 | 委外 SLS 生產 (加急) | 廠內 SLA 生產 (Form 4L) |
| 零件列印時間 | 5 天 | 1 天 |
| 打磨工時 | 8 小時 | 3 小時 |
| 打底漆與上漆 | 2 小時 | 2 小時 |
| 總計時間 | 5 天 + 10 小時後處理 | 1 天 + 5 小時後處理 |
返工節省了更多時間。施密茨說：“新款 Tough 2000 外殼的尺寸精度比外包的外殼更高。
在表面處理方面，也節省了大量時間和人力。外包的大幅面SLS零件需要額外8小時的打磨。而使用Tough 2000樹脂和Form 4L成型工藝，現在只需進行少量打磨，然後塗上底漆和麵漆即可達到所需的顏色。我們嘗試過打磨並塗抹礦物油，但礦物油在核磁共振成像中會發出螢光。
施密茨表示，展望該設備的生產，如果產量達到數百台，可能會採用注塑成型，但這需要對設計進行大幅修改，因為會產生倒扣和內部孔洞。因此，“即使只需要生產50台，我們可能仍然會選擇使用Tough 2000樹脂進行列印。”
灰色樹脂：模具和測試零件
Nudge公司的四台Form 4L印表機一直在不停運轉。所有測試零件和模具都採用灰色樹脂列印，這是Nudge公司最常用的材料。 Schmitz使用灰色樹脂製作複雜的兩件式、三件式和四件式矽膠模具。由於其幾何形狀和倒扣設計，除了3D列印之外，無法用任何其他方法製造這些模具——即使是五軸數控工具機也不行。
頭部密封圈是一種保形墊片，用於將使用者的頭部密封在芯體水浴槽中。這種大型零件的模具有很多倒扣，因此3D列印非常適合生產。此外，施密茨說：「使用Form 4L，我們可以在兩個半小時內列印所有這些模具部件，這樣你就可以在午餐前完成一次迭代，澆注墊片，然後去吃午飯，進行測試，下午還可以再做一個。如果不合適，當天就可以再做一個。這真是幾十個了。我們已經製作了太棒了。」
剛性 10K 樹脂：熱成型模具
Nudge公司使用灰色樹脂印製一些熱成型模具，這種樹脂是他們常用且經濟實惠的材料。但小型零件、精細細節或需要經歷多次循環而不變形的模具，則使用 剛性10K樹脂。
剛性 10K 樹脂是一種高玻璃纖維填充材料，在高溫高壓下表現出穩定性，使其成為承受熱成型零件大批量生產的理想材料。
生物相容性樹脂
測試零件通常用灰色樹脂列印。但一旦確定了規格，與皮膚或水浴接觸的 3D 列印零件就會用生物相容性樹脂生產，包括用於陣列外殼的BioMed 透明樹脂和Tough 1500 樹脂。
尼龍12粉末
除了樹脂3D列印外，施密茨還使用Fuse 1+ 30W列印機。尼龍12粉末用於製造使設備更易於調節的部件，同時這些部件還要能夠承受在振動的核磁共振成像儀內保持設備剛性所需的應力和壓力。施密茨使用PreForm的自動打包功能來最大限度地縮短列印時間。
3D列印最終用途零件
“我確實認為，如果設計得當，並在其適用範圍內使用，並進行適當的分析，很多這類打印部件最終都能成為終端應用部件。即便最終會回歸傳統製造方法，這個過程也遠比人們預期的要長。”
薩姆·施密茨，工程師
Nudge Zero目前正在進行內部測試。每次測試都會產生新的零件需求和設計更新。雖然該設備未來或許可以採用傳統製程製造，但這需要重新設計許多零件，因為其複雜的幾何形狀無法透過機械加工實現。 Schmitz表示，憑藉Form 4Ls和Fuse 1+ 30W等先進工藝以及高性能材料，他認為Nudge Zero完全可以實現內部生產。
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