Как Carbon DLS трансформирует медицинское производство

Технологические требования медицинской отрасли постоянно стимулируют развитие медицинской инженерии и современных производственных возможностей. Все больше передовых технологий используется для превращения жизненно важных проектов в готовые к употреблению продукты. Одна из этих технологий — Carbon Digital Light Synthesis (DLS), технология 3D-печати, позволяющая производить детали из инженерных эластомеров, которые значительно превосходят по свойствам конкурирующие материалы в сфере стереолитографии (SLA) или цифровой обработки света (DLP). В этой статье объясняются преимущества перехода на 3D-печать Carbon в медицинской отрасли.

Что такое Carbon DLS?

Carbon DLS использует процесс CLIP (Continuous Liquid Interface Production — непрерывное производство на жидком интерфейсе). CLIP состоит из двух этапов, описанных ниже:

Этап 1 — Печать

Печать Carbon DLS похожа на SLA, так как обе используют ванну со смолой и систему световой проекции для производства твердых деталей. Однако сходство заканчивается здесь. В Carbon DLS используется проницаемый экран, пропускающий молекулы кислорода, но удерживающий жидкий полимер в ванне. Кислород формирует микрослой границы между экраном и жидким интерфейсом, известный как «мертвая зона». Этот кислородный слой предотвращает затвердевание смолы непосредственно на уровне экрана, позволяя ей непрерывно течь в мертвую зону и придавая деталям, напечатанным технологией Carbon DLS, их изотропные свойства.

Этап 2 — Отверждение

Когда процесс формовки завершен и детали извлекаются из машины, детали из определенных передовых материалов не полностью отверждены. Такие детали должны пройти дополнительное тепловое отверждение в печи перед тем, как приобрести свои полные механические свойства. Тепло ускоряет перекрестное связывание полимерных цепей, в результате чего получаются невероятно устойчивые и прочные детали.

Материалы Carbon DLS

Чтобы полностью оценить преимущества, предоставляемые 3D-печатью Carbon DLS в медицинской отрасли, сначала нужно прояснить разницу между анизотропией и изотропией.

Анизотропия

Механические свойства анизотропных деталей/материалов варьируются при измерении в разных плоскостях. 3D-напечатанные детали обычно анизотропны по своей природе из-за их слой за слоем построения. Пример — деталь, напечатанная FDM, построенная наслаиванием слоев вдоль оси Z. Границы между последовательными слоями — слабые точки, где могут развиваться трещины и в конечном счете происходить отказы, если деталь нагружена вдоль оси Z. В осях X и Y эти слабые точки отсутствуют, и нагрузка по этим осям не вызывает проблем.

Следовательно, деталь механически слабее по оси Z по сравнению с осями X и Y. Анизотропия не подходит для деталей, предназначенных для медицинской отрасли, так как эти детали обычно используются в сложных приложениях, где нагрузка может действовать в любом направлении.

Изотропия

Изотропные детали/материалы, в отличие от анизотропных аналогов, имеют одинаковые свойства при измерении во всех направлениях. Их свойства одинаковы независимо от направления приложенной нагрузки и измеряемых свойств. Такое поведение материала/детали критично для продуктов, подвергающихся сложной многонаправленной нагрузке. Не многие процессы 3D-печати способны создавать изотропные детали. Уникальная технология Carbon DLS делает его одним из немногих процессов 3D-печати, способных производить изотропные детали.

Какие материалы доступны?

Carbon DLS — уникальный процесс, так как он может печатать эластомерные материалы с резиноподобной прочностью и эластичностью. Некоторые из них перечислены ниже.

• Уретанметакрилат (UMA 90) — этот материал похож на стандартную смолу SLA, так как не требует постпечатного теплового отверждения.
• Жесткий полиуретан (RPU 70) — благодаря своей вязкости, прочности и теплостойкости этот материал отлично подходит для серийных деталей.
• Гибкий полиуретан (FPU 50) — этот материал является гибким вариантом полиуретанового ряда смол. Он обеспечивает дополнительную усталостную стойкость и вязкость.
• Цианатовый эфир (DLS CE 221) — это жесткий полимер с выдающейся устойчивостью к высоким температурам. Также обладает высокой прочностью и жесткостью.
• Эпоксидная смола (DLS EPX 82) — эта жесткая эпоксидная смола имеет превосходные механические свойства и отлично подходит для печати структурных компонентов.
• Силикон (SIL 30) — одно свойство, делающее этот мягкий силиконовый уретан очень востребованным в медицинской отрасли — его биосовместимость. Также обладает хорошей разрывной устойчивостью.
• Эластомерный полиуретан (EPU 40) — этот материал хорошо подходит для приложений по поглощению ударов и демпфированию вибраций.

Материалы выше обеспечивают широкий спектр растяжной прочности, вязкости, усталостной стойкости, износостойкости и многих других желательных свойств. Какое бы приложение ни рассматривалось, одно или несколько из них будет подходящим. Все эти свойства желательны для медицинских приложений, где детали обычно проходят высокие циклы нагрузки или требуют высокой точности при использовании для подготовки к операциям или в качестве тестовых направляющих.

Применение 3D-печати Carbon DLS в медицинской отрасли

Приложение №1 — Направляющие/Инструменты

Carbon DLS может печатать детали, помогающие хирургам точно позиционировать сверла и другие хирургические инструменты. Высокая скорость и низкая стоимость этого метода печати позволяют печатать индивидуальные направляющие для пациентов на основе МРТ или 3D-сканирования. Таким образом, каждая деталь изготавливается индивидуально под точную физиологию пациента, что повышает хирургическую точность и снижает риск.

Приложение №2 — Хирургическая подготовка

Для подготовки к сложным операциям хирурги часто анализируют данные пациентов, такие как МРТ или КТ. Современная 3D-печать Carbon позволила хирургам изучать пациента гораздо лучше перед операцией, печатая полноразмерные модели органов пациента на основе этих сканов.

Приложение №3 — Протезы

Создание как индивидуальных, так и типовых протезов — одно из самых распространенных применений 3D-печати Carbon в медицине. Индивидуальные протезы обычно были довольно дорогими в производстве традиционными методами. С другой стороны, FDM и другие слой за слоем технологии не способны производить механически надежные детали. Однако с технологией печати Carbon DLS протезы теперь можно недорого производить из высококачественных инженерных материалов, обладающих правильными свойствами для повышения их производительности.

Приложение №4 — Слуховые аппараты

Слуховые аппараты — еще одна медицинская технология, которая извлекает огромную пользу из гибкости Carbon DLS. Слуховые аппараты должны идеально соответствовать форме слухового прохода пациента для правильной работы. Carbon DLS способен производить высокоточные печати, которые помещаются в ухо пациента. Кроме того, слуховые аппараты и другие средства защиты слуха могут быть изготовлены из комфортных мягких эластомеров, которые можно напечатать только с помощью технологии Carbon DLS.

Приложение №5 — Прототипирование

Медицинская инженерия зависит от строгих циклов исследований и разработок для создания продукта. Необходимо создать множество прототипов для тщательного тестирования соответствия, формы и функциональности дизайна. Используя Carbon DLS, можно использовать более дешевые подходящие материалы для быстрого изготовления функциональных прототипов. Тот же процесс затем можно использовать для изготовления конечных продуктов.

Узнайте больше об использовании деталей, напечатанных на Carbon DLS, в медицинской отрасли.

Заключение

Поскольку медицинская отрасль продолжает генерировать передовые инновации, для вывода этих инноваций на рынок быстро и дешево без ущерба для качества и функциональности требуется равно передовое производственное оборудование. Чтобы узнать больше о том, как использовать 3D-печать Carbon DLS в медицинской отрасли, воспользуйтесь инструментом мгновенного расчета стоимости Xometry для получения точных оценок стоимости вашего медицинского устройства.