Hemos ideado un método de bajo coste y rápida de prototipos de dispositivos moldeados por inyección de caucho elastómero líquido mediante el uso de las impresoras 3D de modelado por deposición fundida de diseño de moldes y un secador modificado como un sistema de inyección de líquido.
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Artículo de método
Prototipado rápido y de bajo costo de los dispositivos médicos Utilizando 3D Impreso Moldes para moldeo por inyección de líquido
En este artículo
Resumen
Resumen
Elastómeros biológicamente inertes tales como la silicona son materiales favorables para la fabricación del dispositivo médico, pero la formación y el curado de estos elastómeros usando procesos de moldeo por inyección de líquido tradicionales pueden ser un proceso costoso debido a los costes de herramientas y equipos. Como resultado, ha sido tradicionalmente poco práctico utilizar moldeo por inyección de líquido para bajo coste, aplicaciones de prototipado rápido. Hemos ideado un método para la producción rápida y de bajo costo de los dispositivos de inyección de líquidos elastómero moldeado que utiliza impresoras modelado por deposición fundida 3D para el diseño de moldes y un secador modificado como un sistema de inyección. Bajos costos y tiempo de respuesta rápido en esta técnica disminuyen la barrera para el diseño de forma iterativa y prototipado dispositivos elastoméricos complejos. Además, los modelos CAD desarrollados en este proceso puede ser más tarde adaptar para el diseño de herramientas de molde de metal, lo que permite una fácil transición a un proceso de moldeo por inyección tradicional. Hemos utilizado esta técnica para la fabricación de intravagsondas de nal que implican geometrías complejas, así como sobremoldeo sobre las piezas de metal, con herramientas corrientes en un laboratorio de investigación académica. Sin embargo, esta técnica se puede adaptar fácilmente para crear dispositivos moldeados de inyección de líquidos para muchas otras aplicaciones.
Introducción
Moldeo por inyección de líquido (LIM) (también conocido como moldeo por inyección de reacción) se utiliza a menudo para la fabricación de dispositivos elastoméricos de elastómeros termoendurecibles, pero los altos costos de herramientas y equipos requieren una gran cantidad de inversión de capital inicial 1. Además, LIM puede ser técnicamente difícil y costoso de implementar en los casos con la geometría y los requisitos para overmolding compleja. Como resultado de ello, es normalmente poco práctico utilizar LIM tradicional en volúmenes de ultra-bajas o con diseños de dispositivos en fase inicial que a menudo incurren revisiones iterativos.
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Protocolo
Este protocolo describe el uso de terminología específica y características en el software de SolidWorks utilizado para diseño de moldes y pasos de producción, aunque otros paquetes de software también pueden ser utilizados para conseguir el mismo resultado.
1. Diseño y realización de moldes
- Diseñar un maestro molde a escala utilizando el diseño asistido por ordenador (CAD) software. Los procedimientos específicos en el diseño de molde maestro variarán en función de la geometría específica del dispositivo de elastómero deseado. Esto y los pasos posteriores se ilustran los pasos clave que dan lugar a un maestro y el molde de dis....
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Resultados
El molde y la sonda intravaginal en las figuras 14 y 15 demuestran los resultados representativos del procedimiento presentado en este artículo.
Figura 14. Molde montado completamente. Totalmente montado molde para dispositivo de sonda intravaginal.
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Discusión
De todos los pasos descritos, diseño de moldes cuidado es el más crítico para el éxito. El maestro molde debe ser creado como un cuerpo sólido con geometrías externas iguales al dispositivo final. Estas geometrías deben ajustarse para tener en cuenta cualquier contracción del material debido al elastómero elegido así como la resolución y las tolerancias impresora 3D. La colocación de las líneas de separación del molde y los agujeros pasantes para varillas roscadas y tornillos son dependientes uno del otro. Adición de lí.......
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Divulgaciones
Ninguno de los autores tiene ningún intereses financieros en competencia con respecto a los trabajos previstos en el presente artículo.
Agradecimientos
Los autores agradecen a Sungwon Lim por sus contribuciones intelectuales al diseño de dispositivos y moldes, así como a Jambu Jambulingam y Rebecca Grossman-Kahn por crear sondas de silicona intravaginales utilizando este proceso. Este trabajo cuenta con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación Vodafone Americas y la FDA (2P50FD003793).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Material del modelo ABS | Stratasys | P430 | Material del modelo para uPrint Plus SE (Paso: Diseño de moldes & Producción) |
| Material de soporte soluble | Stratasys | SR-30 Material de | soporte para uPrint Plus SE (Paso: Diseño de molde & Producción) |
| Sellador de silicona subacuática, tubo de 2,8 oz, transparente | McMaster-Carr Supply Company | 7327A21 | Silicona RTV para sellar huecos en líneas de separación de moldes (Paso: Montaje del molde) |
| Tubo, 1/8" de diámetro interior, 1/4" de diámetro exterior, 1/16" de espesor de pared, PVC Tygon ultraresistente a los productos químicos, transparente | McMaster-Carr Supply Company | 5046K11 | Formas de adaptador de corredor/bebedero entre el molde y la jeringa con elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Acoplamiento, Adaptador, Recto, Macho Giro rápido (Luer lock) X Lengüeta de tubo de 1/8", Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K123 | Conecte el corredor/bebedero entre el molde y la jeringa con elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros)Acoplamiento |
| , Adaptador, Staight, Hembra Giro rápido (Luer lock) X 1/8" Lengüeta de tubo, Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K213 | Conecte el corredor/bebedero entre el molde y la jeringa con elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Tapa, hembra de giro rápido (Luer lock), Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K315 | Tapa para evitar que la silicona se escape del molde después de la inyección (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Caucho de silicona líquida (LSR) 30 - 10:1, | Silicona aplicada de | PN40029 | Sustitúyalo por el elastómero de su elección. Este es el que se utiliza para la sonda intravaginal (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Jeringas (BD), 1 ml Slip-Tip, no estéril limpio, a granel | Cole-Parmer | WU-07945-00 | Jeringas para transferir material elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Jeringas (BD), 1 ml Slip-Tip, no estéril limpio, a granel | Cole-Parmer | WU-07945-04 | Jeringas para transferir material elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Jeringa, 20 ml, diámetro abierto, émbolo de anillo sólido y agarre | Qosina Corporation | C1200 | Jeringas para transferir material elastómero. El paso abierto se utiliza para elastómeros muy viscosos. (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Aguja (BD), no estéril Limpieza con protectores, 18 G x 1.5" Lg., Acero inoxidable, BD Bulk | Cole-Parmer | WU-07945-76 | Se utiliza para quitar la columna de aire entre el émbolo de la jeringa y el elastómero (Paso: Mezcla |
| Vasos de plástico, 12 oz., transparentes | Safeway | N/A | Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Bolsa de polietileno, abierta, plana, 5" de ancho x 6" de alto, 2-MIL Thk. | McMaster-Carr Supply Company | 1928T68 | Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Banda elástica, sin látex, naranja, tamaño 64, 3-1/2" de largo x 1/4" de ancho | McMaster-Carr Supply Company | 12205T96 | Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Envoltura de parapelícula, 4" W | Cole-Parmer | EW-06720-40 | Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Cilindros de jeringa con tapones, Luer Lock, accionados por aire, 50 ml | Soluciones EWD | JEN-JG50A-15 | Se pueden usar jeringas más pequeñas si se requiere menos elastómero, pero asegúrese de que sea compatible con el adaptador de jeringa accionado por aire en la cámara de inyección (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Cinta selladora, rosca de tubería, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0,5 g/CC Gravedad específica | McMaster-Carr Supply Company | 4591K11 | Cinta de teflón para sellos herméticos alrededor de las roscas (Paso: Inyección de elastómero) |
| Hojas de bisturí, desechables, n.º 22 | VWR | 21909-646 | Se utiliza para cortar tubos y desmoldar (Paso: Curado & Desmoldeo) |
| Toallitas Kimwipe | VWR | 21903-005 | ( Paso: Curado & Desmoldeo) |
| 2-Propanol, J. T. Baker | VWR | JT9334-3 | ( Paso: Curado & Desmoldeo) |
| uPrint Plus SE Impresora 3D | Stratasys | uPrint Plus SE | Se pueden utilizar otras impresoras 3D (Paso: Diseño de moldes & Producción) |
| Tornillo, tapa, cabeza hexagonal, 1/4"-28, 2-1/2" Lg, 18-8 Acero inoxidable | McMaster-Carr Supply Company | 92198A115 | Tornillos utilizados con tuercas para comprimir el molde (Paso: Montaje del molde) |
| Tuerca, hexagonal, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" de altura, acero inoxidable 18-8 | McMaster-Carr Supply Company | 91845A105 | Tornillos utilizados con tuercas para comprimir el molde (Paso: Ensamblaje del molde) |
| Perno, completamente roscado, 1/4"-28, 1" Lg, 18-8 acero inoxidable | McMaster-Carr Supply Company | 95412A567 | Las varillas roscadas se pueden cortar a la longitud deseada y se utilizan con nueces para comprimir el molde (Paso: Ensamblaje de moldes) |
| Mezclador centrífugo planetario | THINKY USA Inc. | ARE-310 | para la mezcla fina y para reducir el tiempo de desgasificación, pero la mezcla manual está bien (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Báscula de laboratorio | Mettler-Toledo International Inc. | EL602 | ( Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Recipiente de vacío desecante, reutilizable, 10-3/4" de diámetro exterior | McMaster-Carr Supply Company | 2204K7 | Este desecador se utiliza para desgasificar el elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Adaptador personalizado de mezclador a taza | impreso en | /A N/A | Modelado en Solidworks CAD e impreso en 3D (Paso: Mezcla de elastómeros) |
| Tubería, Diámetro Suave, 1/4" ID, 1/2" OD, 1/8" Espesor de Pared, Alta Pureza Tygon PVC, Transparente | McMaster-Carr Supply Company | 5624K51 | Tubería fuera del desecador (Paso: Inyección de elastómero) |
| Tubo, Diámetro interior liso, 3/8" ID, 5/8" OD, 1/8" de espesor de pared, PVC Tygon de alta pureza, transparente | McMaster-Carr Supply Company | 5624K52 | Tubería para adaptarse al suministro de aire/vacío (Paso: Inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, Reductor, Recto, Lengüeta de vacío ID de tubo de 3/8" X Lengüeta de vacío Diámetro interior del tubo de 1/4", latón | McMaster-Carr Supply Company | 44555K188 | Adapte el tubo exterior del desecador a la tubería que conduce al suministro de aire / vacío (Paso: Inyección de elastómero) |
| Abrazadera, manguera y Tubo, tornillo sin fin, para tubo de 7/32" a 5/8" de diámetro exterior, 5/16" de ancho, 316 SS | McMaster-Carr Supply Company | 5011T141 | Se utiliza en tubos para crear un sello hermético al aire/vacío en las uniones (Paso: Inyección de elastómero) |
| Abrazadera, manguera, tornillo sin fin de banda lisa, para tubo de 1/2" a 3/4" de diámetro exterior, 3/8" de ancho, 304 SS | McMaster-Carr Supply Company | 5574K13 | Se utiliza en tubos para crear un sello hermético al aire/vacío en las uniones (Paso: Inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, T, lengüeta de vacío Diámetro interior del tubo de 1/4", latón | McMaster-Carr Supply Company | 44555K138 | Unión en T entre vacío, válvula en T de tres vías en el desecador y válvula en L de tres vías (paso: inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, Tee, 1/4 NPT Hembra X Hembra X Macho, latón | McMaster-Carr Supply Company | 50785K222 | Unión en T entre el manómetro, la cámara y la válvula L de tres vías (Paso: Inyección de elastómero) |
| Válvula, Bola, recta, manija en T, 1/4 NPT hembra x macho, latón | McMaster-Carr Supply Company | 4082T42 | Válvula L de tres vías (paso: inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, adaptador, recto, lengüeta de vacío Tubo de 1/4" de diámetro interno x 1/4 NPT macho, latón | McMaster-Carr Supply Company | 44555K132 | Adaptador para válvula en L de tres vías a tubería (paso: inyección de elastómero) |
| Sierra, orificio, bimetálico. 1-3/8" de diámetro exterior, 1-1/2" de profundidad de corte | McMaster-Carr Supply Company | 4066A25 | Se utiliza para cortar agujeros en el desecador para accesorios de pared pasante (Paso: Inyección de elastómero) |
| Eje, 9/16" a 1-3/16" Sierra, hexagonal de 1/4" | McMaster-Carr Supply Company | 4066A76 | Se utiliza para cortar agujeros en el desecador para accesorios a través de la pared (Paso: Inyección de elastómero) |
| Adaptador de eje para sierras de perforación de 1-1/4" a 6" de diámetro | McMaster-Carr Supply Company | 4066A77 | Se utiliza para cortar orificios en el desecador para accesorios de pared pasante (Paso: Inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, recto, pared pasante, 1/2 NPT hembra, polipropileno | McMaster-Carr Supply Company | 36895K141 | Accesorios de pared pasante que conducen a manómetros de presión/vacío (Paso: Inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, adaptador, recto, reductor, Buje, hexagonal, 1/2 NPT macho x 1/4 NPT hembra, latón | McMaster-Carr Supply Company | 4429K422 | Diámetro del tubo reductor dentro del desecador para adaptarse al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, adaptador, recto, reductor, buje, hexagonal, 1/4 NPT macho x 1/8 NPT hembra, latón | McMaster-Carr Supply Company | 4757T91 | Diámetro del tubo reductor dentro del desecador para adaptarse al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero) |
| Acoplamiento, adaptador, recto, lengüeta de vacío Tubo de diámetro interno de 1/4" x 1/8 NPT hembra, latón | McMaster-Carr Supply Company | 44555K124 | Diámetro del tubo reductor dentro del desecador para adaptarse al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero) |
| Adaptadores de jeringa, accionados por aire, 30/50 ml | Soluciones EWD | JEN-JG30A-X6 | Adaptador de jeringa accionado por aire en el interior del desecador; debe ser compatible con las jeringas utilizadas para sostener elastómero (Paso: Inyección de elastómero) |
| Manómetro, Vacío de doble escala, Dial de 2-1/2", 1/4 NPT macho, Conector inferior, 30" Hg-0, caja de acero | McMaster-Carr Supply Company | 4002K11 | Vacuómetro (paso: Inyección de elastómero) |
| Manómetro, vacío y compuesto de doble escala, dial de 3-1/2", 1/4 NPT macho, centro trasero, 30" Hg-0, 100 PSI, caja de acero | McMaster-Carr Supply Company | 4004K616 | Manómetro que conduce al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero) |
| Horno, Vacío, Isotemp, Economía | Fisher Scientific | 280A | (Paso: Curado & Desmoldeo) |
| Solidworks CAD | Dassault Systè Suscripción a | la investigación de Solidworks Otro | software CAD se puede utilizar para el maestro de moldes y el diseño de moldes (Paso: Diseño de moldes & Producción) |
Referencias
- Painter, P. C., Coleman, M. M. Essentials of Polymer Science and Engineering. DEStech Publications. , Lancaster, PA. (2009).
- Rosato, D. V., Rosato, M. G., Schott, N. R. Reaction Injection Molding. Plastics Technology Handbook - Volume. 2, 103-139 (2010).
- Cybulski, E. Plastic Conversion Process: A ....
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Reimpresiones y permisos
