Name: Schnelle und Low-Cost-Prototyping für Medizinische Geräte mit 3D Printed Formen für Liquid Injection Molding (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 43 s
Description: Erfahren Sie eine kostengünstige Methode zur schnellen Herstellung medizinischer Elastomergeräte mit 3D-gedruckten Formen für die Flüssigspritzgusstechnik. Diese Technik ermöglicht Prototyping in ressourcenbeschränkten Umgebungen.

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Die Autoren danken Sungwon Lim für ihre intellektuellen Beiträge zum Geräte- und Formendesign sowie Jambu Jambulingam und Rebecca Grossman-Kahn für die Herstellung von intravaginalen Silikonsonden mit diesem Verfahren. Diese Arbeit wird von der Bill and Melinda Gates Foundation, der Vodafone Americas Foundation und der FDA (2P50FD003793) unterstützt.

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Keiner der Autoren haben keine finanziellen Interessen im Wettbewerb in Bezug auf die Arbeit in diesem Artikel beschrieben.

Von allen beschriebenen Schritte ist vorsichtig Formenbau die entscheidend für den Erfolg. Die Form-Master sollte wie ein fester Körper mit Außengeometrien gleich der letzte Gerät erstellt werden. Diese Geometrien angepasst werden sollten, um für jede Materialschwund aufgrund des gewählten Elastomer sowie 3D-Druckerauflösung und Toleranzen zu berücksichtigen. Platzierung der Formteilungslinien und Durchgangslöchern für Gewindestangen und Schrauben sind voneinander abhängig. Hinzufügen von Trennlinien wird die Anzahl von...

Flüssig-Spritzgießen (LIM) (auch als Reaktionsspritzguss bekannt) wird oft verwendet, um elastomere Geräte von duroplastischen Elastomeren herzustellen, aber hohe Werkzeug-und Gerätekosten erfordern viel Vorab-Investitionen ein. Darüber hinaus können LIM technisch anspruchsvollen und aufwendig zu implementieren in Fällen mit komplexer Geometrie und Anforderungen für die Überform sein. Als Ergebnis, ist es in der Regel unpraktisch, traditionelle LIM in Ultra-Low-Volumen oder mit Frühstadium Gerätedesigns, die oft entstehen iterative Revisionen zu verwenden. Die typische Vorgehensweise für das Spritzgießen elastomeren Materialien beinhaltet die Injektion flüssigen Monomeren bei Drücken um 150 psi in eine Form mit Spezialspritzgussmaschinen 2. Temperaturen und Drücke gesteuert werden, um eine laminare Strömung zu gewährleisten und verhindern, dass Luft in die Form 3 eingefangen. Rohstoffe sind typischerweise zweiteilige Härtungssysteme, wie Platin Heilung Silikon, tHut in getrennten Kammern und Temperatur gesteuert vor der Injektion gehalten. Die beiden Komponenten des Ausgangsmaterials in einem Hochdruck-Mischkammer zuführt, die anschließend in den Formhohlraum gepumpt. Das Härten wird durch die Gegenwart eines Katalysators sowie Temperaturen um 150-200 ° C 4 erreicht. Schimmelpilze sind in der Regel aus Stahl oder Aluminium, präzise Toleranzen bearbeitet, um eine gute Dichtung um 3,5 Abschied Kanten erstellen. Leider ist dieser Prozess in der Regel besser geeignet für größere Serienfertigung bei hohen Formwerkzeugkosten sowie der Forderung nach Facheinspritzung und Regelungstechnik. Für das Rapid Prototyping von Polyurethan (PU)-Teile, ist es möglich, Stereolithographie (SLA) zu verwenden, um eine Form Master erstellen und produzieren eine Silikonkautschukform 6,7. Jedoch ist diese Technik nicht geeignet für die Umspritzung da es schwierig ist, eine genaue Ausrichtung der übergeformten Komponenten zu erreichen, wie das Silikon durchentwerfen, nicht eine starre Struktur. Ferner Herstellung von Vorrichtungen mit komplexen Geometrien, wie Einstülpungen oder ausgehöhlten Abschnitte, schwierig oder unmöglich. Die Voraussetzung für komplexe oder präzise Formtrennlinien und starre dünne Elemente sind mehr als oft nicht, mit dem flüssigen Gummi Formprozess unvereinbar. Die oben genannten Produktionsmaßstab oder Spätstadium-Prototyping-Verfahren sind oft unpraktisch für Frühphasen-Entwicklung medizinischer Geräte, in denen ein paar Geräte müssen für Proof-of-Konzept-und Machbarkeitsstudien in der menschlichen hergestellt werden, wie es oft der Fall in akademischen Labor und Start-up-Unternehmens-Umgebungen. Der Mangel an Alternativen bedeutet oft, dass selbst im Frühstadium der Entwicklung würde hohe Kosten verursachen, die viele Geräteentwickler auf Gerätefunktionen zu begrenzen oder legen Entwicklung zu halten, während zusätzliche Mittel angehoben. Dies trägt zu einer drastischen Verlangsamung des Entwicklungsprozesses, da ein großer Teil der medizinischen Vorrichtungen wieder<html> erfordern Umsetzung von komplexen Funktionen. Es ist auch schwierig, die kostspielige Entwicklung solcher Vorrichtungen seit Proof-of-Concept-Daten oft noch nicht etabliert finanzieren. Wir stießen auf dieses Straßensperre in einem aktuellen Projekt in diesem Labor, das die Entwicklung eines Silikon intravaginale Sonde mit umspritzten elektrischen und optischen Sensoren, die eine becherartige Spitze erforderlich, um zu bestimmten Geometrien entsprechen Gebärmutterhalskrebs beteiligt. Die in diesem Artikel beschriebenen Verfahren dokumentiert unser Versuch, diesen Teufelskreis zu umgehen und schnell zu erreichen Proof-of-Concept für LIM medizinische Geräte. Die in Abbildung 1 gezeigten Technik dekonstruiert das LIM-Prozess in fünf Hauptaktivitäten: (1) Formenbau und Produktion, (2) Formanordnung (3) Elastomermischung, (4) Elastomer-Injektion, und (5) Elastomer Aushärtung und Entformung. pg &quot;width =&quot; 600 &quot;/&gt; .. Abbildung 1 Protokoll Übersicht des Protokolls, das beinhaltet: (1a) die Schaffung einer Form mit Computer-Aided-Design-Tools, (1b), 3D-Druck der Formteile, (2) Zusammensetzen der Formstücke mit Gewindestangen und Schrauben ( 3) Mischen von flüssigen Elastomeren und Einlegen in eine Spritze, (4) Einspritzen des flüssigen Elastomers in die Form unter Verwendung einer modifizierten Exsikkator (5a) Härten des Elastomers in einem temperaturgeregelten Ofen, und (5b) Entformen des gehärteten Elastomers Gerät die Formstücke. Mold-Design beinhaltet die Entwicklung einer Form Master in Computer-Aided Design (CAD) Software, Subtraktion der Form-Master aus einem massiven Block und Definition von Formtrennlinien. Formteile erstellt werden und unter Verwendung von Schrauben, Stangen und Muttern mit umspritzten Komponenten in den Formhohlraum positioniert ist dann zusammengebaut. Elastomer mixing beinhaltet die Kombination von Teilen A und B des Rohstoff-und Entgasung, um mögliche Hohlräume in dem Material zu entfernen. Als nächstes Elastomer Injektion beinhaltet druckbetriebenen Füllung des Formhohlraumes, gefolgt von Härten Elastomer in einem temperaturgesteuerten Ofen einer chemischen Vernetzung der Polymerketten zu gewährleisten. Das Aufbrechen der Spritzgussverfahren in dieser Schritte ermöglicht es uns, traditionelle LIM Geräte für kostengünstige Alternativen zu verzichten. Zum Beispiel, statt der Bearbeitung eines Metallform oder Gießen eine Silikon-Gummi-Form aus einer Form-Master, die Formen von der in dieser Handschrift beschriebenen Protokoll erstellt wurden aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Kunststoff unter Verwendung einer geschmolzenen-Deposition Modeling (FDM) 3D erstellt Drucker 8,9. Im Vergleich zu den Bau-oder Metallformen SLA Formen, ist FDM in der Regel ein kostengünstiger und schneller Prozess. Ziemlich komplexe Formen können schnell auf einer Inhouse-3D-Drucker gedruckt werden, oder billig von einem der vielen Vertrags printin 3D produziertg-Dienste zur Verfügung. So wurde beispielsweise eine komplexe acht-teilige 3D-gedruckten Form verwendet und in den 14 und 15 gezeigt, die demonstriert intravaginale Sonde in der repräsentative Ergebnisse Schnitt vergossen. Alle Teile für diese Form kann in etwa 1,5 Tage auf einer Inhouse-3D-Drucker ausgedruckt werden. Durchlaufzeiten für einfachere Formen können ein paar Stunden sein. Die Gesamtlänge der Zeit notwendig, um ein Gerät mit FDM 3D-Drucker um Formen zu erstellen Prototypen ist vergleichbar mit der Zeit, um eine Form aus Silikonkautschuk gegossen und eine Polyurethan-Prototyp erforderlich. Allerdings mit FDM 3D-Drucker um Formen erstellen können mehrere Dinge, die nicht einfach mit einem Silikonform erreicht werden kann: (1) viele duroplastischen Elastomeren verwendet werden, sofern der 3D-gedruckte Form kann die erforderlichen Härtetemperaturen vertragen, (2) komplexe Geometrien kann unter Verwendung vieler verschiedener Formteile und Trennlinien erzeugt werden, und (3) die Verwendung von starren Formstücke erlaubt eine genaue und reproduzierbareBLE Ausrichtung umspritzten Bauteilen innerhalb des Formhohlraums. Anstelle der Verwendung eines herkömmlichen LIM Maschine, welches das Mischen kombiniert, Injektion, und Härten ist es möglich, einen Labormischer zu verwenden, um ein homogenes Mischen, ein modifiziertes Exsikkator zur Injektion, und eine Standard-Temperatur-gesteuerten Ofen zum Aushärten zu gewährleisten. Das Einspritzsystem wurde mit off-the-shelf-Komponenten erstellt und beinhaltet die Zugabe eines positiven Druckversorgungsleitung in den Exsikkator, der mit einer Spritze mit Misch Elastomer gefüllt verbindet. Unterdruckkammer in Tisch Exsikkatoren wird typischerweise durch eine Dreiwegeventil zwischen den Kammern, eine Vakuumleitung und der Atmosphäre gesteuert. Das modifizierte Exsikkator fügt eine positive Druckversorgungsleitung zur Zuführung der Rückseite eines Spritzenkolbens. Dies ermöglicht die Schaffung eines 40-50 psi Druckdifferenz, die ausreichend für flüssige Material Injektion in den Formhohlraum ist. Diese Technik erlaubt es uns, produce Silikon intravaginale Sonden mit umspritzten elektrischen und optischen Sensoren, die Proof-of-Concept-Daten für eine klinische Phase-I-Studie zu sammeln. Silikon wurde aufgrund der Notwendigkeit für die biologische Inertheit als auch die Fähigkeit, mit einer Vielzahl von Verfahren ausgewählt 10,11 sterilisieren. Darüber hinaus benötigt das Gerät eine komplexe und unkonventionelle becherartige Geometrie an der Spitze der Sonde, wo Sensoren sind so angeordnet, mit dem Gebärmutterhals-Schnittstelle. Ohne die Verwendung der beschriebenen Technik wäre es ein sehr teurer und langwieriger Prozess, um diese Geräte zu produzieren. Diese Anpassung der LIM-Verfahren reduziert die Kosten und Anforderungen an die Ausrüstung, wenn zum traditionellen LIM Verfahren verglichen, so dass es praktisch, eine schnelle und iterativen Ansatz zur Gestaltung von Elastomer-Geräte erlassen.

<table><tbody><tr><td>ABS Modellmaterial</td><td>Stratasys</td><td>P430</td><td>Modellmaterial für uPrint Plus SE (Schritt: Formenbau & Produktion)</td></tr><tr><td>Lösliches Stützmaterial</td><td>Stratasys</td><td>SR-30</td><td>Stützmaterial für uPrint Plus SE (Schritt: Formenbau & Produktion)</td></tr><tr><td>Unterwasser-Silikondichtmittel, 2,8 oz Rohr, durchsichtig</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>7327A21</td><td>Silikon RTV zum Abdichten von Lücken an Formtrennlinien (Schritt: Formmontage)</td></tr><tr><td>Schlauch, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" Wandstärke, ultra-chemikalienbeständiges Tygon-PVC, klar</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5046K11</td><td>Formt Anguss-/Angussadapter zwischen Form und Spritze mit Elastomer (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Kupplung, Adapter, gerade, männlicher Quick-Turn (Luer-Lock) x 1/8" Schlauchstecker, Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K123</td><td>Anguss zwischen Form und Spritze mit Elastomer verbinden (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Kupplung, Adapter, starr, weiblicher Quick-Turn (Luer-Lock) x 1/8" Schlauch-Widerhaken, Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K213</td><td>Anguss/Anguss zwischen Form und Spritze mit Elastomer verbinden (Schritt: </td></tr><tr><td>Elastomer-Mischkappe, weibliche Schnelldrehung (Luer-Lock), Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K315</td><td>Kappe, um zu verhindern, dass Silikon nach dem Einspritzen aus der Form austritt (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Flüssigsilikonkautschuk (LSR) 30 - 10:1, Implantat Grade</td><td>Applied Silicone Corporation</td><td>PN40029</td><td>Ersetzen Sie es durch das Elastomer Ihrer Wahl.&nbsp; Dies ist die Spritze, die für die intravaginale Sonde verwendet wird (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Spritzen (BD), 1 ml Slip-Tip, unsteril sauber, Bulk</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-00</td><td>Spritzen zum Transfer von Elastomermaterial (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Spritzen (BD), 1 ml Slip-Tip, unsteril sauber, Bulk</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-04</td><td>Spritzen zum Transfer von Elastomermaterial (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Spritze, 20 ml, mit offenem Durchgang, Vollringkolben und Griff</td><td>Qosina Corporation</td><td>C1200</td><td>Spritzen zum Fördern von Elastomermaterial. Der offene Durchgang wird für sehr viskose Elastomere verwendet. (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Nadel (BD), unsteril sauber mit Abschirmungen, 18 g x 1,5" Lg., Edelstahl, BD Bulk</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-76</td><td>Wird zum Entfernen der Luftsäule zwischen Spritzenkolben und Elastomer verwendet (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Kunststoffbecher, 12 oz., klar</td><td>Safeway</td><td>N/A</td><td>Wird zum Mischen von Silikon im THINKY Mischer verwendet (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Polyethylenbeutel, oben offen, flach, 5" Breite x 6" Höhe, 2-MIL Thk.</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>1928T68</td><td>Wird zum Mischen von Silikon in THINKY Mixer verwendet (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Gummiband, latexfrei, Orange, Größe 64, 3-1/2" L x 1/4" W</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>12205T96</td><td>Wird zum Mischen von Silikon in THINKY Mixer verwendet (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Parafilm Wrap, 4" W</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>Wird zum Mischen von Silikon in THINKY Mixer verwendet (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Spritzenzylinder mit Stopfen, Luer-Lock, druckluftbetrieben, &nbsp; 50 ml</td><td>EWD-Lösungen</td><td>JEN-JG50A-15</td><td>Kleinere Spritzen können verwendet werden, wenn weniger Elastomer benötigt wird, aber stellen Sie sicher, dass sie mit dem druckluftbetriebenen Spritzenadapter in der Injektionskammer kompatibel sind (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Dichtband, Rohrgewinde, 50' Lg x 1/4" B, 0,0028" Thk, 0,5 g/ccm spezifisches Gewicht</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4591K11</td><td>Teflonband zum luftdichten Abdichten von Gewinden (Schritt: Elastomer-Injektion)</td></tr><tr><td>Skalpellklingen, Einweg, Nr. 22</td><td>VWR</td><td>21909-646</td><td>Wird zum Schneiden von Schläuchen und Entformen verwendet (Schritt: Aushärten & Entformung)</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>VWR</td><td>21903-005</td><td>&nbsp;( Schritt: Aushärten & Entformung)</td></tr><tr><td>2-Propanol, J. T. Baker</td><td>VWR</td><td>JT9334-3</td><td>&nbsp;( Schritt: Aushärten & Entformung)</td></tr><tr><td>uPrint Plus SE 3D-Drucker</td><td>Stratasys</td><td>uPrint Plus SE</td><td>Andere 3D-Drucker können verwendet werden (Schritt: Formenbau & Produktion)</td></tr><tr><td>Schraube, Kappe, Sechskantkopf, &nbsp; 1/4 "-28, 2-1/2" Lg, 18-8 Edelstahl</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>92198A115</td><td>Schrauben mit Muttern zum Zusammendrücken der Form (Schritt: Formmontage)</td></tr><tr><td>Mutter, Sechskant, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Höhe, 18-8 Edelstahl&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>91845A105</td><td>Schrauben mit Muttern zum Zusammendrücken der Form (Schritt: Formmontage)</td></tr><tr><td>Bolzen, Vollgewinde, 1/4"-28, 1" Lg, 18-8 Edelstahl&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>95412A567</td><td>Gewindestangen können auf die gewünschte Länge geschnitten werden und werden mit Muttern zum Zusammendrücken der Form verwendet (Schritt: Formmontage)</td></tr><tr><td>Planeten-Zentrifugalmischer</td><td>THINKY USA Inc.</td><td>ARE-310</td><td>Mischer werden dringend für die Feinmischung und zur Verkürzung der Entgasungszeit empfohlen, aber das Mischen von Hand ist in Ordnung (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Laborwaage</td><td>Mettler-Toledo International Inc.</td><td>EL602</td><td>&nbsp;( Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Trockenmittel-Vakuumkanister, wiederverwendbar, &nbsp; 10-3/4" OD</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>2204K7</td><td>Dieser Exsikkator wird zum Entgasen des Elastomers verwendet (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Kundenspezifischer 3D-gedruckter Mischer-zu-Tassen-Adapter</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>, modelliert in Solidworks CAD und 3D-gedruckt (Schritt: Elastomer-Mischen)</td></tr><tr><td>Schlauch, glatte Bohrung, 1/4" ID, 1/2" AD, 1/8" Wandstärke, hochreines Tygon-PVC, klar</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K51</td><td>Schlauch außerhalb des Exsikkators (Schritt: Elastomer-Injektion)</td></tr><tr><td>Schlauch, glatte Bohrung, 3/8" ID, 5/8" AD, 1/8" Wandstärke, hochreines Tygon-PVC, klar</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K52</td><td>Schlauch zur Anpassung an die Luft-/Vakuumversorgung (Schritt: Elastomer-Einspritzung</td></tr><tr><td>)Kupplung, Reduzierstück, gerade, Vakuum-Tülle 3/8" Rohr ID x Vakuum-Tülle 1/4" Rohr ID, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K188</td><td>Passen Sie den Schlauch außerhalb des Exsikkators an den Schlauch an, der zur Luft-/Vakuumversorgung führt (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Klemme, Schlauch & Rohr, Schneckenantrieb, für Rohre mit 7/32" bis 5/8" Außendurchmesser, 5/16" Wd., 316 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5011T141</td><td>Wird auf Schläuchen verwendet, um eine luft-/vakuumdichte Abdichtung an Verbindungsstellen herzustellen (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Klemme, Schlauch, Schneckengewindetrieb mit glattem Band, für Rohr mit 1/2" bis 3/4" Außendurchmesser, 3/8" Wd., 304 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5574K13</td><td>Wird auf Schläuchen verwendet, um eine luft-/vakuumdichte Abdichtung an Verbindungsstellen herzustellen (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Kupplung, T-Stück, Vakuum-Widerhaken 1/4" Rohr ID, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K138</td><td>T-Stück Verbindung zwischen Vakuum, Dreiwege-T-Ventil am Exsikkator und Dreiwege-L-Ventil (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Kupplung, T-Stück, 1/4 NPT Innengewinde x Innengewinde x Außengewinde, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>50785K222</td><td>T-Verbindung zwischen Manometer, Kammer und Dreiwege-L-Ventil (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Ventil, Kugel, gerade, T-Griff, 1/4 NPT weiblich x männlich, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4082T42</td><td>Dreiwege-L-Ventil (Stufe: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Kupplung, Adapter, gerade, Vakuum-Widerhaken 1/4" ID Rohr x 1/4 NPT Außengewinde, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K132</td><td>Adapter für Drei-Wege-L-Ventil auf Schlauch (Stufe: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Säge, Bohrung, Bimetall. 1-3/8" AD, 1-1/2" Schnitttiefe</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A25</td><td>Wird zum Schneiden von Löchern in Exsikkatoren für Durchgangswandverschraubungen verwendet (Schritt: Elastomer-Injektion)</td></tr><tr><td>Dorn, 9/16" bis 1-3/16" Säge, 1/4" Sechskant</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A76</td><td>Wird verwendet, um Löcher in Exsikkatoren für Durchgangswandverschraubungen zu schneiden (Schritt: Elastomer-Injektion)</td></tr><tr><td>Dornadapter für Lochsägen mit einem Durchmesser von 1-1/4" bis 6"</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A77</td><td>Wird zum Schneiden von Löchern in den Exsikkator für Durchgangsverschraubungen verwendet (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Kupplung, gerade, durchwandarm, 1/2 NPT Innengewinde, Polypropylen</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>36895K141</td><td>Durchgangsverschraubungen, die zu Druck-/Vakuummessgeräten führen (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Kupplung, Adapter, gerade, reduzierend&nbsp; Buchse, Sechskant, 1/2 NPT Außengewinde x 1/4 NPT Innengewinde, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4429K422</td><td>Reduzierrohrdurchmesser im Exsikkator zur Anpassung an das druckluftbetriebene Spritzensystem (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Kupplung, Adapter, gerade, Reduzierstück, Buchse, Sechskant, 1/4 NPT Außengewinde x 1/8 NPT Innengewinde, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4757T91</td><td>Reduzierschlauchdurchmesser im Exsikkator zur Anpassung an das druckluftbetriebene Spritzensystem (Schritt: Elastomer-Injektion)</td></tr><tr><td>Kupplung, Adapter, gerade, Vakuum-Widerhaken 1/4" ID Schlauch x 1/8 NPT Innengewinde, Messing</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K124</td><td>Reduzierschlauchdurchmesser im Exsikkator zur Anpassung an das druckluftbetriebene Spritzensystem (Schritt: Elastomer-Injektion)</td></tr><tr><td>Spritzenadapter, druckluftbetrieben, 30/50 ml</td><td>EWD Solutions</td><td>JEN-JG30A-X6</td><td>Druckluft-Spritzenadapter an der Innenseite des Exsikkators; Muss kompatibel sein mit Spritzen, die zum Halten von Elastomer verwendet werden (Stufe: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Manometer, Dual-Scale Vacuum, 2-1/2" Skala-Skala, 1/4 NPT-Stecker, unterer Anschluss, 30" Hg-0, Stahlgehäuse</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4002K11</td><td>Vakuummeter (Stufe: Elastomer-Injektion)</td></tr><tr><td>Manometer, Dual-Scale-Vakuum und Compound, 3-1/2" Zifferblatt, 1/4 NPT-Stecker, Mittelrücken, 30" Hg-0, 100 PSI, Stahlgehäuse</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4004K616</td><td>Manometer, das zum druckluftbetriebenen Spritzensystem führt (Schritt: Elastomer-Einspritzung)</td></tr><tr><td>Ofen, Vakuum, Isotemp, Wirtschaftlichkeit</td><td>Der Fisher Scientific</td><td>280A</td><td>Standard Nicht-Vakuum-Ofen kann verwendet werden (Schritt: Aushärtung & Entformung)</td></tr><tr><td>Solidworks CAD</td><td>Dassault Syst&egrave; mes</td><td>Solidworks Research Subscription</td><td>Andere CAD-Software kann für den Formenmaster und die Werkzeugkonstruktion verwendet werden (Schritt: Werkzeugkonstruktion & Produktion)</td></tr></tbody></table>

schnelle und low-cost-prototyping für medizinische geräte mit 3d printed formen für liquid injection molding

Rapid and Low-cost Prototyping of Medical Devices Using 3D Printed Molds for Liquid Injection Molding

Biologisch inert Elastomeren wie Silikon sind günstig Materialien für medizinische Gerätefertigung, sondern Formen und Härten dieser Elastomeren mit herkömmlichen Flüssigspritzgussverfahren kann ein teurer Prozess durch Werkzeug-und Gerätekosten sein. Als ein Ergebnis wurde es traditionell unpraktisch, Flüssigspritzgießen für kostengünstige, Rapid Prototyping Anwendungen. Wir haben eine Methode für die schnelle und kostengünstige Herstellung von flüssigen Elastomerspritzguss Geräte, Fused Deposition Modeling 3D-Drucker für den Formenbau und einem modifizierten Exsikkator als Injektion System nutzt entwickelt. Geringe Kosten und eine schnelle Bearbeitungszeit bei dieser Technik senken die Barriere iterativ Gestaltung und Prototyping komplexer Elastomer-Geräte. Darüber hinaus können CAD-Modelle in diesem Prozess entwickelt, später für die Metall-Formwerkzeugentwicklung angepasst werden, was einen einfachen Übergang zu einer herkömmlichen Spritzgussverfahren. Wir haben diese Technik verwendet, um die Herstellung intravaginal Sonden mit komplexen Geometrien sowie über Umspritzen von Metallteilen, die die Tools häufig innerhalb einer akademischen Forschungslabor. Jedoch kann diese Technik leicht an spritzgegossenen Vorrichtungen für viele andere Anwendungen zu schaffen.

Die Form und die intravaginale Sonde in den 14 und 15 zeigt repräsentative Ergebnisse der in diesem Artikel vorgestellten Verfahren. <img alt="14" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig14highres.jpg" width="500" /> Abbildung 14. Vollständig montierte Mold. Komplett montiert Form für intravaginale Sonde Gerät. <im...

Wir haben ein Verfahren zur kostengünstigen und Rapid Prototyping von flüssigen Elastomergummispritzguss Geräte mithilfe Fused Deposition Modeling 3D-Drucker für den Formenbau und einem modifizierten Exsikkator als Flüssigkeitsinjektionssystem entwickelt.

Schnelle und Low-Cost-Prototyping für Medizinische Geräte mit 3D Printed Formen für Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, ein flüssiges Elastomerbauteil mit einer benutzerdefinierten Geometrie unter Verwendung von 3D-gedruckten Formteilen herzustellen. Dies wird erreicht, indem zunächst die gewünschte Formgeometrie in einer CAD-Software entworfen und die Formteile im 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Der zweite Schritt besteht darin, die Formteile zu einer vollständigen Form zusammenzusetzen, das flüssige Elastomer vorzubereiten und in den Formhohlraum einzuspritzen.Der letzte Schritt besteht darin, das flüssige Elastomer zu aushärten und das resultierende Gerät aus der Form zu entfernen. Letztendlich ermöglicht diese Technik die schnelle Herstellung von kleinen, kostengünstigen medizinischen Geräten in einer ressourcenbegrenzten Umgebung, was normalerweise nur in einer industriellen oder großtechnischen Produktionsumgebung möglich wäre. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber der herkömmlichen Spritzgussverfahren liegt darin, dass sie die Herstellung von Elastomer-Geräten in einer ressourcenbegrenzten oder akademischen Umgebung ermöglicht.Mit dieser Technik können Prototypen medizinischer Geräte für klinische Studien entwickelt werden, um die Machbarkeit neuer medizinischer Technologien zu bewerten. Die Möglichkeit, neue medizinische Geräte kostengünstig und mit einem schnellen Iterationszyklus schnell zu validieren, reduziert die Hürden für die Geräteentwicklung und die Erbringung von Machbarkeitsnachweisen erheblich. Die von uns beschriebene Methode besteht speziell darin, elektrische und optische Sensoren in ein intravaginales Sondengerät einzubetten, das zur Untersuchung menschlichen Zervixgewebes konzipiert ist.Im Allgemeinen können Personen, die neu in dieser Technik sind, anfangs Schwierigkeiten haben, bedingt durch die Konstruktionsvorgaben bei der Verwendung von 3D-gedruckten Materialien und mehrteiligen Formen zur Herstellung einer Gussform. Wir hoffen, dass unsere Demonstration dieser Technik zukünftige Versuche bei der Konstruktion einer Form leiten und die erforderlichen Schritte zur Herstellung beliebiger elastomerer Vorrichtungen erleichtern wird. Der erste Schritt besteht darin, mithilfe einer computergestützten Konstruktionssoftware einen maßstabsgetreuen Formmaster zu entwerfen.Hier in Solid Works befindet sich der Intravaginalsonden-Master. Er weist an einem Ende eine tassenartige Struktur sowie einen Griff auf und liegt als separate CAD-Datei vor. Erzeugen Sie durch Extrusion ein Rechteck zu einem rechteckigen Prisma, das groß genug ist, um den Formmaster einzuschließen.Importieren Sie die Form-Originaldatei in die Datei mit dem rechteckigen Prisma. Richten Sie das Form-Original so aus, dass es zentriert und vollständig innerhalb des Prismas eingeschlossen ist. Kombinieren Sie die Dateien und führen Sie eine Subtraktionsoperation durch, um den Formhohlraum zu erzeugen.Definieren Sie anschließend die Teile der Form, um eine bilaterale Trennlinie zu erstellen. Beginnen Sie in der rechten Ansicht. Erstellen Sie eine rechteckige 2D-Skizze, die sich von der Basis der tassenartigen Struktur bis zur Oberseite des Probengriffs erstreckt.Führen Sie Schnitte in positiver und negativer X-Richtung durch. Dadurch ergeben sich bilateralsymmetrische Formteile, um eine radiale Trennlinie zu erzeugen. Beginnen Sie in der rechten Ansicht.Verwenden Sie eine 2D-Skizze, um eine radial symmetrische Trennlinie zu erstellen, die die Y-Achse enthält und durch innere Bereiche der tassenartigen Geometrie verläuft. Verwenden Sie einen rotationssymmetrischen Ausschnitt anhand der Skizze, um ein radial symmetrisches Formteil zu isolieren, das die Form zusammenhält. Definieren Sie Durchgangslöcher, indem Sie eine kreisförmige 2D-Skizze mit einer Standarddurchgangslochgröße festlegen, die dem verwendeten Stab oder Schraube entspricht.Wenden Sie dann die Funktion „Extrudierter Schnitt“ auf die Skizze an. Sowohl vertikale als auch horizontale Durchgangslöcher werden erstellt, um die Formteile vollständig zu fixieren. Nachdem alle Trennlinien in den Durchgangslöchern definiert wurden, verwenden Sie das gleiche Verfahren, um einen Eintrittspunkt für das Elastomer-A-Tor in Richtung der Unterseite des Formhohlraums festzulegen.Integrieren Sie außerdem Entlüftungsöffnungen, damit überschüssiger Elastomer aus der Form abfließen kann. Isolieren Sie jedes Formteil durch Unterdrücken oder Nicht-Unterdrücken von Funktionen. Speichern Sie nun jedes Formteil als Datei, die mit dem verwendeten 3D-Drucker kompatibel ist.Wenn fertig, laden Sie die Dateien in den 3D-Drucker und warten Sie etwa einen Tag, bis der Druckvorgang für diese Form und diesen Aufbau abgeschlossen ist. Nachdem der Druck beendet und die Teile gereinigt wurden, folgt der Zusammenbau. Bringen Sie die Formteile zusammen mit allen Komponenten, die überspritzt werden sollen, hier zusammen.Die überformten Komponenten bestehen aus Edelstahlrohren und Elektronik. Platzieren Sie für diese Form Gewindestangen in einigen Durchgangslöchern und halten Sie sie an einem Ende mit zwei fest angezogenen Muttern an Ort und Stelle, um beim Hinzufügen eines Bauteils eine Art Gerüst bereitzustellen; achten Sie stets darauf, die Durchgangslöcher auszurichten. Sobald die Form fertiggestellt ist, setzen Sie die verbleibenden Schrauben und Stangen ein und sichern Sie alle Stangenenden mit Muttern. Bereiten Sie anschließend vor, einen Kanal in das Angussventil einzubringen. Verwenden Sie einen stiftförmigen auf männlichen Luer-Lock-Adapter. Führen Sie ihn in das Ventil des Formhohlraums ein.Stellen Sie sicher, dass ein dichter Sitz vorliegt. Beschaffen Sie etwa zehn Zentimeter Silikonschlauch mit Stutzen- und weiblichen Luer-Lock-Adaptern. Befestigen Sie an jedem Ende und verbinden Sie diesen Schlauch mit dem Adapter und dem Formhohlraumtor.Nach Abschluss dieses Schritts sollte die Injektionskammer vorbereitet werden. Fahren Sie mit dem Mischen des Elastomers fort. Nach der Vorbereitung der Injektionskammer verwenden Sie das Formvolumen, um die erforderlichen Mengen der Elastomerbestandteile A und B zu bestimmen. Bereiten Sie dann einen Einweg-Kunststoffbecher, einen Plastikbeutel und mehrere Gummibänder vor.Platzieren Sie einen Kunststoffbehälter auf einer Waage und tarieren Sie ihn. Gießen Sie die erforderlichen Mengen der Komponente A und B in den Becher. Farbmasterbatches werden ebenfalls hier hinzugefügt.Versiegeln Sie die Becheröffnung, indem Sie eine Plastiktüte darüberziehen. Befestigen Sie die Tüte mit drei bis vier Gummibändern. Stellen Sie anschließend den Becher zwei Minuten lang in einen Zentrifugalmischer, um eine homogene Durchmischung zu gewährleisten, und zusätzlich eine bis zwei Minuten lang auf die DGAs-Einstellung.Unterdessen, um die Elastomer-Injektionsspritze herzustellen, beginnen Sie mit einer 50-Milliliter-Spritze mit einem männlichen Luer-Lock. Verschließen Sie das untere Ende mit einer weiblichen Luer-Lock-Kappe. Befestigen Sie dann die Abdichtung mit Parafilm und einem Gummiband. Entnehmen Sie das Elastomer und überführen Sie es aus dem Plastikbecher in die 50-Milliliter-Spritze. Bevor Sie den Kolben einsetzen, befestigen Sie eine Spritzennadel, um zu verhindern, dass Luft in der Spritze eingeschlossen wird. Platzieren Sie die Nadelspitze mit der Spitze nach unten entlang der Spritzenwand, ohne das Elastomer zu berühren.Danach den Spritzenkolben in die Spritze schieben, bis keine sichtbare Luftspalte zwischen Kolben und Elastomer mehr vorhanden ist. Im nächsten Schritt wird das Elastomer in die Form injiziert. Die weibliche Kappe von der Spritze mit dem vorbereiteten Elastomer entfernen und die freiliegende männliche Luer-Lock-Spitze der Spritze mit dem weiblichen Adapter verbinden, der zur Eingangsöffnung der zusammengesetzten Form führt.Die Montage ist nun bereit für die Injektionskammer. Befestigen Sie den luftbetriebenen Spritzadapter der Injektionskammer an der Rückseite der Spritze, und bringen Sie sowohl die Form als auch die Spritze in ihre jeweiligen Positionen. Decken Sie die Injektionskammer ab und stellen Sie sicher, dass eine luftdichte Abdichtung entsteht.Dies ist die schematische Darstellung des Systems. Nachdem die Injektionskammer verschlossen wurde, besteht der nächste Schritt darin, die Kammer zu isolieren und sicherzustellen, dass die Vakuumquelle kontinuierlich mit der Kammer und dem Spritzenkolben verbunden ist. Anschließend langsam ein Vakuum erzeugen, bis etwa −14,5 PSI erreicht sind.Halten Sie diesen Druck aufrecht und unterbrechen Sie die Verbindung zwischen der Vakuumquelle und dem Spritzenkolben, während Sie eine Verbindung mit der positiven Druckluftzufuhr herstellen. Erhöhen Sie den positiven Druck der Druckluftzufuhr schrittweise, bis mindestens 25 bis 35 PSI erreicht sind. Warten Sie einige Sekunden, bis der Spritzenkolben das Ende der Spritze erreicht hat, bevor Sie das System wieder auf Umgebungsdruck zurückführen.Wenn die Form entfernt wird, lösen Sie die Röhrchen vom Formstutzen. Bringen Sie eine weibliche Verschlusskappe auf dem männlichen Adapter an, um den Fluss des Elastomers zu verhindern. Zum Aushärten.Stellen Sie die Form in einen temperaturgeregelten Ofen. Das Gerät in diesem Video wird bei 70 Grad Celsius fünf Stunden lang ausgehärtet. Am Ende der Aushärtezeit nehmen Sie die Form aus dem Ofen und lassen das Gerät auf Raumtemperatur abkühlen.Danach die Vorrichtung aus der Form entnehmen. Dieses medizinische Gerät wurde in etwa zwei Tagen fertiggestellt, einschließlich des Druckens der Formteile. Ein Blick in den cupähnlichen Bereich zeigt sechs Elektroden und das Ende der Aufnahme für eine optische Faser sonde.Alle überformten Elemente, darunter der Anschluss für die optische Faser sonde und ein USB-Kabel für die Elektroden, befinden sich an der Rückseite. Mit dieser Technik haben wir über 40 intravaginale Sonden zur Datenerfassung hergestellt. In einer klinischen Studie hat uns dieses spezielle Gerät ermöglicht, die Anwendung von zervikaler Fluoreszenz und Impedanz zur Überwachung der Schwangerschaft zu untersuchen.Bei Anzeichen einer Frühgeburt ist es wichtig, daran zu denken, die Form sorgfältig zu konstruieren, Trennebenen und Durchgangslöcher sowie Ähnliches sorgfältig auszuwählen. Die vollständig montierte Form ist sowohl linear als auch rotationell fixiert, ermöglicht jedoch gleichzeitig ein einfaches Entfernen des vollständig ausgehärteten Geräts. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie einige Stunden bis einen Tag in Anspruch nehmen, abhängig von der spezifischen Geometrie oder Komplexität des gewünschten elastomeren Geräts.Wir haben gezeigt, dass dies eine machbare Methode zur Entwicklung von Prototypen therapeutischer und diagnostischer medizinischer Geräte ist, doch das Verfahren kann auch zur Entwicklung elastomerer Geräte und vieler weiterer Anwendungen eingesetzt werden.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Ein bioprinter wurde verwendet, um strukturierte Hydrogele auf einem Opfer-Form zu erstellen. Das Poloxamer Form wurde mit einem zweiten Hydrogel verfüllt und dann eluiert, so dass Hohlräume, die mit einem dritten Hydrogel gefüllt wurden. Diese Methode verwendet schnelle Elution und gute Bedruckbarkeit von Poloxamers zu komplexen Architekturen aus Biopolymeren zu generieren.

Drucken Thermoresponsive Reverse-Formen für die Erstellung von Gemusterte Zweikomponenten-Hydrogele für 3D Zellkultur

In diesem Artikel beschreiben wir verschiedene Techniken für mikrofluidische Rapid Prototyping Plattformen. Die vorgeschlagenen Techniken basieren auf ultraviolett (UV) empfindlichen und temperaturhärtenden Epoxidharzen, Schläuchen auf Basis von Polydimethylsiloxan (PDMS), Drahtbonden und anisotropen Klebefilmen. Die vorgestellten Montageverfahren wurden sowohl für Einweggeräte als auch für wiederverwendbare mikrofluidische Systeme entwickelt.

Mikrofluidische Rapid- und Low-Cost-Prototyping-Verpackungsmethoden mit hohem Durchsatz

Dieses Protokoll beschreibt eine Plattform für die Herstellung von selbst-zusammengebauten Gewebe Ringe in variablen Größen mit einer angepassten 3D-gedruckten Kunststoff-Formenbau. PDMS-negative sind in der Form 3D-gedruckten geheilt; dann wird Agarose in die ausgehärtete PDMS negative gegossen. Zellen sind in die resultierende Agarose-Brunnen gesät, wo sie ins Gewebe Ringe aggregieren.

Herstellung von benutzerdefinierten Agarose Brunnen für die Aussaat von Zelle und Gewebe Ring Selbstmontage mit 3D-Druck Formen

Hier präsentieren wir Ihnen eine schnelle, einfache und kostengünstige Methode zur Herstellung von benutzerdefinierten Polydimethylsiloxan-Formen, die für die Herstellung von Hydrogel-basierte Technische Gewebe mit komplexen Geometrien verwendet werden können. Wir beschreiben außerdem Ergebnisse aus mechanischen und histologischen Bewertungen auf veränderter kardialen Gewebe hergestellt, mit dieser Technik durchgeführt.

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