几何结构复杂度、防水性、抗冲击性、精度、可加工性、生物相容性......Nudge Zero 对材料的要求繁多，而在规定时间内满足这些需求的唯一方式就是内部 3D 打印。
Nudge Zero 有望成为一款 II 类医疗器械，利用低强度聚焦超声在未来治疗阿片类药物成瘾、耳鸣到抑郁症等各类脑部疾病。该设备对部件要求极高，其中一些部件甚至需要在核磁共振成像 (MRI) 环境中正常工作。除此之外，工程师还需要能够在一天或更短时间内完成迭代。若在数年前，制造此类精密部件几乎无法实现。但随着 3D 打印技术和材料的进步，Nudge 团队如今可以在不到一天的时间内完成内部迭代。
“如果这项技术能够成功，哪怕只对部分理论上的病症起效，我们就有可能彻底改变数亿人的生活。很少有技术能同时具备可行性与帮助如此众多人口的巨大潜力。因此，我们必须以最快速度推进这项工作。”
Sam Schmitz，工程师
Nudge Zero 由三个主要组件构成：
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核心组件，集成于头盔结构的高通道超声相控阵，可在 MRI 设备中使用。
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推车组件，为超声阵列脱气、去离子和加热水。
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驱动电子设备组件，为超声阵列波束成形生成波形信号。
推车和核心组件均采用 Form 4L 设备制造的 3D 打印部件，其中包括核心组件的外壳。其他硅胶部件则通过 3D 打印模具铸造而成 — 全部流程可在一天内完成。
优选材料，成就最佳表现
“我们确信 Tough 2000 Resin 作为成品材料，其使用寿命与选择性激光烧结 (SLS) 材料旗鼓相当。即使掉落或遭受撞击，它也不会破损。”
Sam Schmitz，工程师
材料至关重要。核心部件必须防水、抗冲击以承受日常敲击与使用，而其他部件则必须具备生物相容性。Schmitz 选用多种 Formlabs 材料制作部件，最新引入的正是新版 Tough 2000 Resin。
Tough 2000 Resin：取代加工聚碳酸酯
Tough 2000 Resin 是一种坚硬、坚固、抗冲击的材料，性能可与 ABS 相媲美。Schmitz 最初急需一款薄壁部件，采用新版 Tough 2000 Resin 进行了测试。这个厚度仅 1mm 的部件在装配时精准扣合且完好无损。随后，Schmitz 用多余的打印件继续测试。
“我试着用锤子猛砸，那一刻我才真正意识到它的卓越性能。出于对抗冲击性的严苛要求，我们原有大量薄壁部件采用聚碳酸酯材料。以往这些部件需要外发机加工，但随着重新设计，我开始全部换成 Tough 2000 Resin，效果非常出色。”
Sam Schmitz，工程师
按钮面板采用 Tough 2000 Resin 打印而成。
在重新设计外壳时，Schmitz 采用 Tough 2000 Resin 打印部件，取代了原来需要外包加工的聚碳酸酯部件。有了 Form 4L，Schmitz 可以根据需要随时重新设计，并在数小时内完成打印。
Tough 2000 Resin：兼具大尺寸、防水性和精细细节的外壳
阵列外壳尺寸较大，长约 300mm，直径约 250mm，由两部分组成，需精密扣合并实现完全密封，因此对尺寸精度和抗翘曲、抗蠕变能力有极高要求。同时，还需要具备精细的细节分辨率。由于设备必须在 MRI 环境中工作，其内部严禁使用金属材料 – 连螺丝都必须采用塑料制品。此外，设备需要跨越数个街区运输至 MRI 室使用，再运回不同的测试环境。运输过程难免存在颠簸，因此外壳必须具备抗冲击性能。
“我们无法使用压入式或热固性嵌件，所以材料本身必须足够坚固，能直接进行攻丝 – 这一点非常重要。所有 M3 螺纹都直接在 Tough 2000 Resin V2 上攻丝而成，实际效果非常出色。”
Sam Schmitz，工程师
装配件通过中间橡胶垫圈紧密贴合，旋紧后即达到防水状态。Schmitz 还涂上一层薄薄的 RTV，用他的话说，这是“出于极度谨慎”。“我们发现，尤其是采用新的支撑结构后，整体打印效果极佳，组装时也不会出现大的缝隙。”
最初，外壳通过外包采用选择性激光烧结 (SLS) 3D 打印，但在 Schmitz 完成对 Tough 2000 Resin 的测试，并且考虑到 Form 4L 的构建尺寸后，他开始尝试在公司内部自行打印外壳。结果证明，Tough 2000 Resin 不仅满足抗冲击要求，其尺寸精度与表面光洁度甚至优于外包部件。Schmitz 按照标称攻丝尺寸打印孔洞，随后直接对材料进行钻孔加工。
“节省下来的时间非常可观。现在我单次打印即可完成每半边外壳的制造，基本上一天就能获得整套部件，相比找服务机构要花数周时间或支付几千美元的加急费用，简直有天壤之别。”
Sam Schmitz，工程师
整套外壳的生产成本
| 打印机 | 总成本 | |
|---|---|---|
| 外包 | 大幅面 SLS | 7000 - 10000 美元 |
| 内部 | Form 4L | 145 美元 |
节省的时间
| 生产部件的时间 | 打磨部件的时间 | 上底漆和涂装的时间 | 总计 | |
|---|---|---|---|---|
| 外包 SLS | 5 天（加急） | 8h | 2h | 5 天 + 10h 后处理 |
| 内部生产 SLA | 1 天 | 3h | 2h | 1 天 + 5h 后处理 |
通过快速重制，也节省了更多时间。Schmitz 表示：“新型 Tough 2000 Resin 打印外壳的尺寸精度比外包加工的外壳更高。”
后处理方面，也能显著节省时间和人力。外包的大尺寸 SLS 部件，仅打磨工序就需要耗费 8 个小时。而采用 Form 4L 和 Tough 2000 Resin 打印的部件，现在只需局部打磨即可进入上底漆和涂装环节，获得所需颜色。虽然曾尝试打磨后涂抹矿物油，但因矿物油会在 MRI 环境中产生荧光而放弃。
展望设备量产前景时，Schmitz 指出若产量达数百台级别，很可能会采用注射成型，但由于存在凹槽结构和内部孔洞等问题，需要进行大幅重新设计。正因如此，“即使需要生产 50 个这类的产品，我们可能仍然会选择用 Tough 2000 Resin 打印。”
索取免费 Tough 2000 Resin 样品部件
Tough 2000 Resin V2 是一款坚固耐用的材料，其强度与刚度可与丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 相媲美，兼具韧性、耐高温与抗蠕变特性。
Grey Resin：模具和测试部件
Nudge 的四台 Form 4L 正在不停地运转。所有测试部件和模具均采用 Grey Resin 打印，这种材料已成为 Nudge 常用的主力工作材料。Schmitz 使用 Grey Resin 制作结构复杂的两件式、三件式乃至四件式硅胶成型模具。鉴于其几何形状和凹槽结构，这些模具无法通过五轴 CNC 等任何非 3D 打印技术实现。
头部密封件是一种贴合式垫圈，可将用户的头部密封于核心部件的水浴槽中。这种大型部件的模具凹槽众多，因此采用 3D 打印技术进行生产最为理想。针对 Form 4L，Schmitz 指出：“我们仅需两个半小时即可打印整套模具组件，这意味着午餐前可完成一次迭代设计，浇注垫圈后利用午休时间固化，下午就能进行测试并开展新一轮迭代。如果不合适，当天即可重新制作。这种效率令人惊叹，我们已通过这种方式生产了数十套此类模具。”
Rigid 10K Resin：热压成型模具
部分热压成型模具采用 Grey Resin 打印而成，这种经济高效的材料是 Nudge 常用的主力工作材料。但对于小型部件、细节要求极高的部件，或需要承受多次成型周期而不翘曲的模具，则会选用 Rigid 10K Resin。
Rigid 10K Resin 作为一种高比例玻璃填充材料，在高温高压环境下仍能保持稳定性，非常适合用于热压成型部件的大批量生产。
生物相容性树脂
测试部件通常使用 Grey Resin 打印。不过，一旦确定了规格要求，凡接触皮肤或水浴的 3D 打印部件均会采用生物相容性树脂制造，其中包括用于阵列外壳的 BioMed Clear Resin 和 Tough 1500 Resin。
Nylon 12 Powder
除树脂 3D 打印外，Schmitz 还利用 Fuse 1+ 30W 进行打印。采用 Nylon 12 Powder 制造的组件既能增强设备可调节性，又能在 MRI 机器振动环境下承受维持设备刚度所需的应力与压力。Schmitz 通过 PreForm 的自动打包功能来最大程度缩短打印时间。
3D 打印的成品部件
“我相信，只要设计合理、在其限制范围内使用并进行适当的分析，当前许多打印部件完全具备成为成品部件的潜力。即便我们最终需要转向传统制造方法，但那一刻的到来将远比人们预期的要晚得多。”
Sam Schmitz，工程师
Nudge Zero 目前正在进行内部测试。每次测试都会催生对新部件和设计更新的需求。虽然未来有朝一日可能会采用传统方法制造设备，但由于复杂的几何结构无法通过机械加工实现，这必然涉及大量部件的重新设计。Schmitz 表示，凭借 Form 4L 和 Fuse 1+ 30W 以及高性能材料所带来的制造能力，他可以预见 Nudge Zero 完全可能实现内部自主生产。
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