Применение Carbon DLS в медицинской промышленности

Технологические потребности медицинской промышленности постоянно подпитывают развитие медицинской техники и современных производственных мощностей. Все больше и больше передовых технологий используются для превращения меняющих жизнь дизайнов в продукты, готовые к потреблению. Одной из таких технологий является Carbon Digital Light Synthesis (DLS), технология 3D-печати, которая позволяет производить детали из инженерных эластомеров, которые значительно превосходят конкурирующие материалы в сфере стереолитографии (SLA) или цифровой обработки света (DLP). В этой статье объясняются преимущества перехода на углеродную 3D-печать в медицинской отрасли.

Что такое Carbon DLS?

Carbon DLS использует процесс CLIP, что означает непрерывное производство жидкостного интерфейса. CLIP состоит из 2 шагов, как описано ниже:

Шаг 1. Печать

Углеродная DLS-печать похожа на SLA-печать, поскольку обе они предполагают использование резервуара смолы и световой проекционной системы для изготовления цельных деталей. Однако на этом сходство между ними заканчивается. В Carbon DLS используется проницаемый экран, который пропускает молекулы кислорода, но удерживает жидкий полимер в ванне. Кислород образует микроскопический пограничный слой между экраном и границей раздела жидкости, известный как мертвая зона. Этот кислородный слой предотвращает отверждение смолы непосредственно на уровне экрана, что позволяет ей непрерывно течь в мертвую зону и обеспечивает изотропные свойства деталей, напечатанных с использованием технологии Carbon DLS.

Шаг 2. Отверждение

Когда процесс формования завершен и они выведены из машины, детали, изготовленные из некоторых современных материалов, не полностью отверждены. Такие детали должны пройти дальнейшее термическое отверждение в печи, прежде чем они смогут приобрести все свои механические свойства. Тепло ускоряет сшивание полимерных цепей, в результате чего детали получаются чрезвычайно эластичными и прочными.

Углеродные материалы DLS

Чтобы в полной мере оценить преимущества 3D-печати Carbon DLS в медицинской промышленности, нам нужно сначала уточнить разницу между анизотропией и изотропией.

Анизотропия

Механические свойства анизотропных деталей/материалов различаются при измерении в разных плоскостях. Детали, напечатанные на 3D-принтере, обычно анизотропны по своей природе из-за их послойного построения. Примером может служить печатная деталь FDM, созданная путем наложения слоев по оси Z. Границы раздела между последовательными слоями являются слабыми местами, где могут возникнуть трещины и, в конечном итоге, отказы, если деталь нагружена по оси z. С другой стороны, по осям x и y эти слабые места отсутствуют, и загрузка по этим осям не приводит к каким-либо проблемам.

Поэтому деталь механически слабее по оси Z по сравнению с осями X и Y. Анизотропия не является подходящим свойством для деталей, разработанных для медицинской промышленности, поскольку эти детали обычно используются в сложных приложениях, в которых нагрузка может происходить практически в любом направлении.

Изотропия

Изотропные детали/материалы, в отличие от их анизотропных аналогов, обладают одинаковыми свойствами при измерении во всех направлениях. Их свойства одинаковы независимо от направления приложения нагрузки и измеряемых свойств. Такое поведение материала/детали имеет решающее значение для продуктов, подвергающихся сложной разнонаправленной нагрузке. Не многие процессы 3D-печати способны создавать изотропные детали. Уникальная технология Carbon DLS делает его одним из очень немногих процессов 3D-печати, позволяющих производить изотропные детали.

Какие материалы доступны?

Carbon DLS — это уникальный процесс, так как он позволяет печатать эластомерными материалами с резиноподобной прочностью и упругостью. Некоторые из них перечислены ниже.

• Уретанметакрилат (UMA 90) – Этот материал похож на стандартную смолу SLA, поскольку не требует термического отверждения после печати.

• Жесткий полиуретан (RPU 70) – Благодаря своей ударной вязкости, прочности и термостойкости этот материал отлично подходит для производства деталей.

• Гибкий полиуретан (FPU 50) – Этот материал представляет собой гибкий вариант линейки полиуретановых смол. Он обеспечивает дополнительную усталостную прочность и прочность.

• Эфир цианата (DLS CE 221) – Это жесткий полимер с выдающейся устойчивостью к высоким температурам. Он также обладает высокой прочностью и жесткостью.

• Эпоксидная смола (DLS EPX 82) – Эта жесткая эпоксидная смола обладает превосходными механическими свойствами и отлично подходит для печати структурных компонентов.

• Силикон (SIL 30) – Одним из свойств, которое делает этот мягкий силикон-уретан очень востребованным в медицинской промышленности, является его биосовместимость. Он также обладает хорошей устойчивостью к разрывам.

• Эластомерный полиуретан (EPU 40) – Этот материал хорошо подходит для поглощения ударов и вибрации.

Вышеуказанные материалы обеспечивают широкий диапазон прочности на растяжение, ударной вязкости, сопротивления усталости, стойкости к истиранию и многих других желательных свойств. Каким бы ни было приложение, подойдет один или несколько из них. Каждое из этих свойств желательно для медицинских применений, где детали обычно подвергаются высоким уровням циклических нагрузок или должны обеспечивать высокую точность при подготовке к операции или в качестве направляющих для испытаний.

Применение 3D-печати Carbon DLS в медицинской промышленности

Приложение №1 — Руководства/Инструменты

Carbon DLS может печатать детали, которые помогают хирургам точно размещать сверла и другие хирургические инструменты. Высокая скорость и низкая стоимость этого метода печати позволяют печатать индивидуальные руководства пациентов на основе МРТ или 3D-сканирования. Таким образом, каждая часть изготавливается на заказ в соответствии с телосложением пациента, что повышает хирургическую точность и снижает риск.

Приложение № 2 — Хирургическая подготовка

Чтобы подготовиться к сложным операциям, хирурги часто анализируют данные пациента, такие как МРТ или КТ. Современная углеродная 3D-печать позволила хирургам гораздо лучше изучить пациента перед операцией, распечатав полномасштабные изображения органов пациента на основе этих сканов.

Приложение №3 – протезирование

Создание как индивидуальных, так и универсальных протезов — одно из самых распространенных применений углеродной 3D-печати в медицинской промышленности. Индивидуальные протезы обычно были довольно дорогими для создания с использованием традиционных методов производства. С другой стороны, FDM и другие технологии многослойной печати не способны производить механически прочные детали. Однако благодаря технологии печати Carbon DLS протезы теперь можно производить недорого из высококачественных материалов инженерного класса, которые обладают нужными свойствами для повышения их эффективности.

Приложение №4 — Слуховые аппараты

Слуховые аппараты — это еще одна медицинская технология, которая в значительной степени выигрывает от гибкости Carbon DLS. Слуховые аппараты должны идеально соответствовать форме слухового прохода пациента, чтобы работать должным образом. Carbon DLS способен производить высокоточные отпечатки, которые помещаются в ухе пациента. Кроме того, слуховые аппараты и другие устройства для защиты органов слуха могут быть изготовлены из удобных более мягких эластомеров, которые можно печатать только с использованием технологии углеродного DLS.

Приложение №5 — прототипирование

Медицинская инженерия зависит от строгих циклов исследований и разработок для разработки продукта. Необходимо создать несколько прототипов, чтобы тщательно проверить соответствие, форму и функциональность дизайна. Используя Carbon DLS, вы можете использовать более дешевые подходящие материалы для быстрого изготовления функциональных прототипов. Затем этот же процесс можно использовать для изготовления конечных продуктов.

Подробнее об использовании 3D-печатных деталей Carbon DSL в медицинской промышленности.

Заключение

Поскольку медицинская промышленность продолжает генерировать передовые инновации, требуется не менее современное производственное оборудование, чтобы быстро и дешево вывести эти инновации на рынок без ущерба для качества и функциональности. Чтобы узнать больше о том, как использовать углеродную 3D-печать DLS в медицинской промышленности, воспользуйтесь инструментом мгновенного расчета стоимости Xometry, чтобы получить точную оценку стоимости вашего медицинского устройства.