Name: Prototipado rápido y de bajo costo de los dispositivos médicos Utilizando 3D Impreso Moldes para moldeo por inyección de líquido (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 43 s
Description: Aprende a fabricar dispositivos médicos de elastómero líquido mediante moldes impresos en 3D. Esta técnica de prototipado rápido y bajo costo permite desarrollar dispositivos personalizados en entornos académicos con recursos limitados.

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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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Ninguno de los autores tiene ningún intereses financieros en competencia con respecto a los trabajos previstos en el presente artículo.

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...

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. El procedimiento típico para materiales elastómeros de moldeo por inyección consiste en inyectar monómeros líquidos a presiones de alrededor de 150 psi en un molde utilizando maquinaria de moldeo especializada 2. Las temperaturas y presiones se controlan para asegurar el flujo laminar y evitar que el aire quede atrapado en el molde 3. Las materias primas son típicamente sistemas de curado de dos partes, como la silicona platino cura, tsombrero se mantienen en cámaras controladas por separado y temperatura antes de la inyección. Ambos componentes de la materia prima se bombean a una cámara de mezcla de alta presión que alimenta a continuación en la cavidad del molde. El curado se consigue por la presencia de un catalizador, así como temperaturas de alrededor de 150-200 ° C 4. Los moldes están típicamente mecanizados a partir de acero o de aluminio para tolerancias precisas para crear un buen sellado alrededor de los bordes de despedida 3,5. Desafortunadamente, este proceso es generalmente más adecuado para mayores de fabricación escala dada costes de herramientas alta del molde, así como el requisito de que los sistemas de inyección y de control de realimentación especializados. Para una rápida creación de prototipos de poliuretano (PU) partes, es posible utilizar la estereolitografía (SLA) para crear un archivo maestro de molde y producir un molde de caucho de silicona 6,7. Sin embargo, esta técnica no es adecuado para sobremoldeo, ya que es difícil de lograr una alineación precisa de los componentes sobremoldeados, como la silicona es, pordiseño, no es una estructura rígida. Además, la producción de los dispositivos con geometrías complejas, tales como invaginaciones o secciones fuera ahuecados, es difícil o imposible. El requisito para las líneas de separación del molde complejas o precisas y elementos rígidos delgadas son más a menudo que no, incompatible con el proceso de moldeo de caucho líquido. Los procesos de creación de prototipos antes mencionado a escala de producción o en etapa tardía suelen ser poco práctico para las primeras etapas del desarrollo de dispositivos médicos en los que unos pocos dispositivos necesitan ser producido como prueba de concepto y la viabilidad de los estudios en humanos, como suele ser el caso en el laboratorio académico y puesta en marcha entornos de empresa. La falta de alternativas a menudo significa que incluso el desarrollo de las primeras etapas de un coste alto, que requiere muchos desarrolladores de dispositivos para limitar la funcionalidad del dispositivo o de poner el desarrollo en espera mientras que los fondos adicionales se elevan. Esto contribuye a una disminución dramática del proceso de desarrollo ya que una gran parte de los dispositivos médicos re<html> aplicación requieren de características complejas. También es difícil de financiar el costoso desarrollo de este tipo de dispositivos ya que los datos de prueba de concepto es a menudo aún no establecido. Nos encontramos con este obstáculo en un proyecto reciente en este laboratorio, que implicó el desarrollo de una sonda intravaginal de silicona con sensores eléctricos y ópticos sobremoldeadas que requerían una punta en forma de copa para adaptarse a geometrías cervicales especificados. El proceso descrito en este artículo documenta nuestro intento de evitar este círculo vicioso y rápidamente llegar a una prueba de concepto para dispositivos médicos LIM. La técnica que se muestra en la Figura 1 deconstruye el proceso LIM en 5 actividades principales: (1) diseño de moldes y la producción, (2) de montaje del molde (3) de mezcla de elastómero, (4) de inyección de elastómero, y (5) de elastómero curado y desmoldantes. pg &quot;width =&quot; 600 &quot;/&gt; .. Figura 1 Protocolo Descripción general del protocolo, que consiste en: (1 bis) la creación de un molde utilizando herramientas de diseño asistido por ordenador, (1b) 3D la impresión de las piezas del molde, (2) el montaje de las piezas del molde utilizando varillas roscadas y tornillos, ( 3) la mezcla de elastómero líquido y lo carga en una jeringa, (4) inyectar el elastómero líquido en el molde usando un desecador modificado, (5a) curar el elastómero en un horno de temperatura controlada, y (5b) del dispositivo de desmoldeo elastómero curado desde las piezas de molde. Diseño de moldes implica el desarrollo de un maestro de molde en el diseño asistido por ordenador (CAD), la resta del maestro molde a partir de un bloque sólido y la definición de líneas de separación del molde. Piezas del molde se crean y luego se ensamblan con tornillos, varillas y nueces con componentes sobremoldeadas ubicadas en el interior del molde. Mixin Elastómerog implica la combinación de las partes A y B de la materia prima y la desgasificación para eliminar los posibles espacios vacíos en el material. A continuación, la inyección de elastómero implica el llenado a presión impulsado de la cavidad del molde, seguido de curado elastómero en un horno de temperatura controlada para asegurar la reticulación química de las cadenas poliméricas. Romper el proceso de moldeo por inyección en estos pasos nos permite renunciar equipo LIM tradicional a favor de alternativas de bajo costo. Por ejemplo, en lugar de mecanizado de un molde de fundición de metal o de un molde de goma de silicona de un maestro molde, los moldes creados a partir de el protocolo descrito en este manuscrito se crean a partir de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) de plástico usando un modelado fusionado-deposición (FDM) 3D 8,9 impresora. En comparación con la construcción de moldes de metal o moldes de SLA, FDM es generalmente un proceso más barato y más rápido. Moldes bastante complejas se pueden imprimir de forma rápida en una impresora 3D de la casa, o de bajo costo producido por uno de los muchos contratos Printin 3Dservicios g disponibles. Por ejemplo, se utilizó una de ocho pieza de molde 3D ​​impreso complejo para echar la sonda intravaginal demostrado en la sección de resultados representativo y se muestra en las Figuras 14 y 15. Todas las partes de este molde se pueden imprimir en aproximadamente 1,5 días en una impresora 3D en casa. Los tiempos de entrega para moldes simples pueden ser un par de horas. La longitud total de tiempo necesario para crear prototipos de un dispositivo que utiliza impresoras FDM 3D para crear moldes es similar al tiempo requerido para emitir un molde de caucho de silicona y crear un prototipo de poliuretano. Sin embargo, el uso de impresoras FDM 3D para crear moldes permite varias cosas que no pueden fácilmente llevar a cabo usando un molde de silicona: (1) muchos elastómeros termoestables se pueden usar siempre y cuando el molde 3D-impreso puede tolerar las temperaturas de curado requeridos, (2) geometrías complejas se puede crear con el uso de diferentes piezas de molde y líneas de separación, y (3) el uso de piezas de molde rígidas permite precisa y reproducialineación ble de componentes sobremoldeados dentro de la cavidad del molde. En lugar de utilizar una máquina tradicional LIM, que combina la mezcla, la inyección, y el curado, es posible utilizar un mezclador de laboratorio para asegurar una mezcla homogénea, un desecador modificado para inyección, y un horno estándar de temperatura controlada para el curado. El sistema de inyección se ha creado usando componentes fuera de la plataforma e implica la adición de una línea de suministro de presión positiva en el desecador que se conecta a una jeringa llena con elastómero mixto. Presurización de la cámara en las principales desecadores de banco suele ser controlada por una válvula de tres vías entre las cámaras, una línea de suministro de vacío y la atmósfera. El desecador modificado añade una línea de suministro de presión positiva de alimentación a la parte posterior de un émbolo de la jeringa. Esto permite la creación de un diferencial de presión de 40-50 psi que es suficiente para la inyección de material líquido en la cavidad del molde. Esta técnica nos permitió Produce silicona sondas intravaginales con sensores eléctricos y ópticos sobremoldeadas para recolectar prueba-de-concepto de datos para un estudio de fase I de ensayos clínicos. De silicona se seleccionó debido a la necesidad de inercia biológica, así como la capacidad para esterilizar con una variedad de métodos 10,11. Además, el dispositivo requiere una geometría en forma de copa complejo y poco convencional en la punta de la sonda donde se encuentran los sensores para interactuar con el cuello del útero. Sin el uso de la técnica descrita, que habría sido un proceso mucho más largo y costoso para producir estos dispositivos. Esta adaptación del proceso LIM reduce costos y los requisitos de equipo en comparación con el proceso tradicional LIM, por lo que es práctico para adoptar un enfoque rápido e iterativo para el diseño de dispositivos elastoméricos.

<table><tbody><tr><td>Material del modelo ABS</td><td>Stratasys</td><td>P430</td><td>Material del modelo para uPrint Plus SE (Paso: Diseño de moldes & Producción)</td></tr><tr><td>Material de soporte soluble</td><td>Stratasys</td><td>SR-30 Material de</td><td>soporte para uPrint Plus SE (Paso: Diseño de molde & Producción)</td></tr><tr><td>Sellador de silicona subacuática, tubo de 2,8 oz, transparente</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>7327A21</td><td>Silicona RTV para sellar huecos en líneas de separación de moldes (Paso: Montaje del molde)</td></tr><tr><td>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</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5046K11</td><td>Formas de adaptador de corredor/bebedero entre el molde y la jeringa con elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, Adaptador, Recto, Macho Giro rápido (Luer lock) X Lengüeta de tubo de 1/8", Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K123</td><td>Conecte el corredor/bebedero entre el molde y la jeringa con elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros)Acoplamiento</td></tr><tr><td>, Adaptador, Staight, Hembra Giro rápido (Luer lock) X 1/8" Lengüeta de tubo, Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K213</td><td>Conecte el corredor/bebedero entre el molde y la jeringa con elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Tapa, hembra de giro rápido (Luer lock), Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K315</td><td>Tapa para evitar que la silicona se escape del molde después de la inyección (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Caucho de silicona líquida (LSR) 30 - 10:1,</td><td>Silicona aplicada de</td> grado de implante Corporation <td>PN40029</td><td>Sustitúyalo por el elastómero de su elección.&nbsp; Este es el que se utiliza para la sonda intravaginal (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Jeringas (BD), 1 ml Slip-Tip, no estéril limpio, a granel</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-00</td><td>Jeringas para transferir material elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Jeringas (BD), 1 ml Slip-Tip, no estéril limpio, a granel</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-04</td><td>Jeringas para transferir material elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Jeringa, 20 ml, diámetro abierto, émbolo de anillo sólido y agarre</td><td>Qosina Corporation</td><td>C1200</td><td>Jeringas para transferir material elastómero.&nbsp; El paso abierto se utiliza para elastómeros muy viscosos. (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Aguja (BD), no estéril Limpieza con protectores, 18 G x 1.5" Lg., Acero inoxidable, BD Bulk</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-76</td><td>Se utiliza para quitar la columna de aire entre el émbolo de la jeringa y el elastómero (Paso: Mezcla</td> de elastómeros)</tr><tr><td>Vasos de plástico, 12 oz., transparentes</td><td>Safeway</td><td>N/A</td><td>Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Bolsa de polietileno, abierta, plana, 5" de ancho x 6" de alto, 2-MIL Thk.</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>1928T68</td><td>Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Banda elástica, sin látex, naranja, tamaño 64, 3-1/2" de largo x 1/4" de ancho</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>12205T96</td><td>Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Envoltura de parapelícula, 4" W</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>Se utiliza para mezclar silicona en el mezclador THINKY (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Cilindros de jeringa con tapones, Luer Lock, accionados por aire,&nbsp; 50 ml</td><td>Soluciones EWD</td><td>JEN-JG50A-15</td><td>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)</td></tr><tr><td>Cinta selladora, rosca de tubería, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0,5 g/CC Gravedad específica</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4591K11</td><td>Cinta de teflón para sellos herméticos alrededor de las roscas (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Hojas de bisturí, desechables, n.º 22</td><td>VWR</td><td>21909-646</td><td>Se utiliza para cortar tubos y desmoldar (Paso: Curado & Desmoldeo)</td></tr><tr><td>Toallitas Kimwipe</td><td>VWR</td><td>21903-005</td><td>&nbsp;( Paso: Curado & Desmoldeo)</td></tr><tr><td>2-Propanol, J. T. Baker</td><td>VWR</td><td>JT9334-3</td><td>&nbsp;( Paso: Curado & Desmoldeo)</td></tr><tr><td>uPrint Plus SE Impresora 3D</td><td>Stratasys</td><td>uPrint Plus SE</td><td>Se pueden utilizar otras impresoras 3D (Paso: Diseño de moldes & Producción)</td></tr><tr><td>Tornillo, tapa, cabeza hexagonal, &nbsp; 1/4"-28, 2-1/2" Lg, 18-8 Acero inoxidable</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>92198A115</td><td>Tornillos utilizados con tuercas para comprimir el molde (Paso: Montaje del molde)</td></tr><tr><td>Tuerca, hexagonal, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" de altura, acero inoxidable 18-8&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>91845A105</td><td>Tornillos utilizados con tuercas para comprimir el molde (Paso: Ensamblaje del molde)</td></tr><tr><td>Perno, completamente roscado, 1/4"-28, 1" Lg, 18-8 acero inoxidable&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>95412A567</td><td>Las varillas roscadas se pueden cortar a la longitud deseada y se utilizan con nueces para comprimir el molde (Paso: Ensamblaje de moldes)</td></tr><tr><td>Mezclador centrífugo planetario</td><td>THINKY USA Inc.</td>Se recomienda encarecidamente la mezcla <td>ARE-310</td><td>para la mezcla fina y para reducir el tiempo de desgasificación, pero la mezcla manual está bien (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Báscula de laboratorio</td><td>Mettler-Toledo International Inc.</td><td>EL602</td><td>&nbsp;( Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Recipiente de vacío desecante, reutilizable, &nbsp; 10-3/4" de diámetro exterior</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>2204K7</td><td>Este desecador se utiliza para desgasificar el elastómero (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Adaptador personalizado de mezclador a taza</td><td>impreso en</td> 3D N<td>/A N/A</td><td>Modelado en Solidworks CAD e impreso en 3D (Paso: Mezcla de elastómeros)</td></tr><tr><td>Tubería, Diámetro Suave, 1/4" ID, 1/2" OD, 1/8" Espesor de Pared, Alta Pureza Tygon PVC, Transparente</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K51</td><td>Tubería fuera del desecador (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Tubo, Diámetro interior liso, 3/8" ID, 5/8" OD, 1/8" de espesor de pared, PVC Tygon de alta pureza, transparente</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K52</td><td>Tubería para adaptarse al suministro de aire/vacío (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, Reductor, Recto, Lengüeta de vacío ID de tubo de 3/8" X Lengüeta de vacío Diámetro interior del tubo de 1/4", latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K188</td><td>Adapte el tubo exterior del desecador a la tubería que conduce al suministro de aire / vacío (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr> <tr><td>Abrazadera, manguera y Tubo, tornillo sin fin, para tubo de 7/32" a 5/8" de diámetro exterior, 5/16" de ancho, 316 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5011T141</td><td>Se utiliza en tubos para crear un sello hermético al aire/vacío en las uniones (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>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</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5574K13</td><td>Se utiliza en tubos para crear un sello hermético al aire/vacío en las uniones (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, T, lengüeta de vacío Diámetro interior del tubo de 1/4", latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K138</td><td>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)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, Tee, 1/4 NPT Hembra X Hembra X Macho, latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>50785K222</td><td>Unión en T entre el manómetro, la cámara y la válvula L de tres vías (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Válvula, Bola, recta, manija en T, 1/4 NPT hembra x macho, latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4082T42</td><td>Válvula L de tres vías (paso: inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, adaptador, recto, lengüeta de vacío Tubo de 1/4" de diámetro interno x 1/4 NPT macho, latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K132</td><td>Adaptador para válvula en L de tres vías a tubería (paso: inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Sierra, orificio, bimetálico. 1-3/8" de diámetro exterior, 1-1/2" de profundidad de corte</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A25</td><td>Se utiliza para cortar agujeros en el desecador para accesorios de pared pasante (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Eje, 9/16" a 1-3/16" Sierra, hexagonal de 1/4"</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A76</td><td>Se utiliza para cortar agujeros en el desecador para accesorios a través de la pared (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Adaptador de eje para sierras de perforación de 1-1/4" a 6" de diámetro</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A77</td><td>Se utiliza para cortar orificios en el desecador para accesorios de pared pasante (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, recto, pared pasante, 1/2 NPT hembra, polipropileno</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>36895K141</td><td>Accesorios de pared pasante que conducen a manómetros de presión/vacío (Paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, adaptador, recto, reductor, &nbsp; Buje, hexagonal, 1/2 NPT macho x 1/4 NPT hembra, latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4429K422</td><td>Diámetro del tubo reductor dentro del desecador para adaptarse al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, adaptador, recto, reductor, buje, hexagonal, 1/4 NPT macho x 1/8 NPT hembra, latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4757T91</td><td>Diámetro del tubo reductor dentro del desecador para adaptarse al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Acoplamiento, adaptador, recto, lengüeta de vacío Tubo de diámetro interno de 1/4" x 1/8 NPT hembra, latón</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K124</td><td>Diámetro del tubo reductor dentro del desecador para adaptarse al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Adaptadores de jeringa, accionados por aire, 30/50 ml</td><td>Soluciones EWD</td><td>JEN-JG30A-X6</td><td>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)</td></tr><tr><td>Manómetro, Vacío de doble escala, Dial de 2-1/2", 1/4 NPT macho, Conector inferior, 30" Hg-0, caja de acero</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4002K11</td><td>Vacuómetro (paso: Inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>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</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4004K616</td><td>Manómetro que conduce al sistema de jeringa accionado por aire (paso: inyección de elastómero)</td></tr><tr><td>Horno, Vacío, Isotemp, Economía&nbsp;</td>Se puede utilizar un horno estándar sin vacío <td>Fisher Scientific</td><td>280A</td><td>(Paso: Curado & Desmoldeo)</td></tr><tr><td>Solidworks CAD</td><td>Dassault Syst&egrave; Suscripción a</td><td>la investigación de Solidworks Otro</td><td>software CAD se puede utilizar para el maestro de moldes y el diseño de moldes (Paso: Diseño de moldes & Producción)</td></tr></tbody></table>

prototipado rápido y de bajo costo de los dispositivos médicos utilizando 3d impreso moldes para moldeo por inyección de líquido

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

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.

El molde y la sonda intravaginal en las figuras 14 y 15 demuestran los resultados representativos del procedimiento presentado en este artículo. <img alt="Figura 14" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig14highres.jpg" width="500" /> Figura 14. Molde montado completamente. Totalmente montado molde para dispositivo de sonda intravaginal. <p class="jove_content" fo:keep-toget...

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.

Prototipado rápido y de bajo costo de los dispositivos médicos Utilizando 3D Impreso Moldes para moldeo por inyección de líquido

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

El objetivo general de este procedimiento es crear un dispositivo de elastómero líquido con una geometría personalizada utilizando piezas de molde impresas en 3D. Esto se logra primero diseñando la geometría deseada del molde en un software CAD e imprimiendo en 3D las piezas del molde. El segundo paso consiste en ensamblar las piezas del molde para formar un molde completo, preparar el elastómero líquido y luego inyectarlo en la cavidad del molde.El paso final consiste en curar el elastómero líquido y retirar el dispositivo resultante del molde. En última instancia, esta técnica permite la creación rápida de dispositivos médicos a pequeña escala y de bajo costo en un entorno con recursos limitados, lo que normalmente solo sería posible en un entorno industrial o de fabricación a mayor escala. La principal ventaja de esta técnica frente al moldeo tradicional por inyección de líquido es que posibilita la creación de dispositivos de elastómero en un entorno académico o con recursos limitados.Se puede utilizar esta técnica para crear dispositivos médicos prototipo destinados a estudios clínicos, con el fin de evaluar la viabilidad de nuevas tecnologías médicas. La capacidad de validar rápidamente nuevos dispositivos médicos a bajo costo y con un ciclo de iteración rápido reduce drásticamente las barreras para el desarrollo de dispositivos y la demostración de viabilidad. El método que describimos específicamente consiste en integrar sensores eléctricos y ópticos en un dispositivo sonda intravaginal diseñado para escanear tejido cervical humano.Generalmente, las personas nuevas en esta técnica pueden tener dificultades iniciales debido a las limitaciones de diseño implicadas en el uso de materiales impresos en 3D y múltiples piezas de molde para crear un molde. Esperamos que nuestra demostración de esta técnica sirva como guía para futuros intentos de diseñar un molde y llevar a cabo los pasos necesarios para obtener cualquier dispositivo elastomérico deseado. El primer paso consiste en utilizar un software de diseño asistido por computadora para diseñar una maestra de molde a escala.Aquí en SolidWorks se encuentra el modelo maestro de la sonda intravaginal. Tiene una estructura similar a una copa en un extremo y un mango, además de un archivo CAD independiente. Extruya un rectángulo en un prisma rectangular, lo suficientemente grande como para encerrar al modelo maestro del molde.Importe el archivo maestro del molde al archivo con el prisma rectangular. Alinee el maestro del molde de manera que quede centrado y completamente incluido dentro del prisma. Combine los archivos y utilice una operación de sustracción para crear la cavidad del molde.A continuación, defina las piezas del molde para crear una línea de separación bilateral. Comience en la vista frontal derecha. Defina un croquis 2D rectangular que se extienda desde la base de la estructura similar a una taza hasta la parte superior del mango de la sonda.Realice cortes en las direcciones positiva y negativa de X. Esto producirá piezas del molde simétricas bilaterales para crear una línea de separación radial. Comience en la vista frontal derecha.Utilice un croquis 2D para crear una línea de separación radialmente simétrica que incluya el eje Y y atraviese regiones internas de la geometría similar a una copa. Utilice un corte por revolución en el croquis para aislar una pieza del molde radialmente simétrica que mantenga el molde unido. Defina orificios pasantes mediante un croquis circular 2D con un tamaño estándar de orificio de holgura correspondiente al vástago o tornillo que se utilizará.Luego aplique la función de corte extruido al croquis. Se crean orificios pasantes tanto verticales como horizontales para restringir completamente las piezas del molde. Después de definir todas las líneas de separación en los orificios pasantes, utilice el mismo procedimiento para definir un punto de entrada para la compuerta del elastómero A hacia la parte inferior de la cavidad del molde.Además, incorpore ventilaciones para que el elastómero excedente drene del molde. Aísle cada pieza del molde mediante la supresión o activación de características. Ahora guarde cada pieza del molde como un archivo compatible con la impresora 3D que se utilizará.Una vez finalizado, cargue los archivos en la impresora 3D y espere aproximadamente un día hasta que finalice la impresión para este molde y configuración. Después de que termine la impresión y las piezas hayan sido limpiadas, el siguiente paso es el ensamblaje. Reúna las piezas del molde junto con cualquier componente que vaya a ser sobreimpreso. Aquí.Los componentes sobremoldeados son tubos de acero inoxidable y componentes electrónicos. Para este molde, coloque varillas roscadas en algunos orificios pasantes y fíjelas en su lugar con dos tuercas trabadas en un extremo para ayudar a proporcionar un armazón al agregar una pieza; siempre asegúrese de alinear los orificios pasantes. Cuando el molde esté terminado, coloque los tornillos y varillas restantes en su lugar y asegure todos los extremos de las varillas con tuercas.A continuación, prepárese para crear un canal hacia la compuerta del molde. Utilice un adaptador de conexión desde conector cónico a macho. Insértelo en la compuerta de la cavidad del molde.Asegúrese de que haya un ajuste hermético. Obtenga aproximadamente diez centímetros de tubo de silicona con adaptadores de punta macho a hembra. Conecte cada extremo, uniéndolo al adaptador y a la compuerta de la cavidad del molde.Después de completar este paso, se debe preparar la cámara de inyección. Continúe con la mezcla del elastómero. Después de preparar la cámara de inyección, utilice el volumen del molde para determinar las cantidades necesarias de los componentes del elastómero, parte A y B. Luego prepare un vaso plástico desechable, una bolsa plástica y varias bandas de goma.Coloque un recipiente de plástico sobre una balanza y tárelo. Vierta las cantidades requeridas de la parte A y la parte B en el recipiente. También se agregan aquí los concentrados de color.Cierre la abertura del vaso colocando una bolsa de plástico sobre ella. Sujete la bolsa con tres o cuatro ligas. A continuación, coloque el vaso en un mezclador centrífugo y mezcle durante dos minutos para asegurar una mezcla homogénea y un minuto adicional a dos minutos más en la configuración DGAs.Mientras tanto, para crear la jeringa de inyección de elastómero, comience con una jeringa de 50 mililitros con bloqueo macho. Use una tapa de bloqueo hembra para sellar la parte inferior. Luego asegure el sello con película de parafina y una banda de goma.Retire el elastómero y transfiéralo desde la taza de plástico hacia la jeringa de 50 mililitros. Antes de colocar el émbolo, coloque una aguja en la jeringa para evitar atrapar aire dentro de ella. Coloque la aguja con la punta hacia abajo a lo largo de la pared de la jeringa sin tocar el elastómero.Luego, introduzca el émbolo de la jeringa en la jeringa hasta que no haya ninguna columna de aire visible entre el émbolo y el elastómero. El siguiente paso es inyectar el elastómero en el molde. Retire la tapa hembra de la jeringa que contiene el elastómero preparado y conecte la punta expuesta del bloqueo macho de la jeringa al adaptador hembra que conduce a la compuerta del molde ensamblado.El ensamblaje ya está listo para la cámara de inyección. Sujete el adaptador de jeringa accionado por aire de la cámara de inyección en la parte posterior de la jeringa, colocando tanto el molde como la jeringa en sus posiciones respectivas. Cubra la cámara de inyección y asegúrese de que se forme un sello hermético al aire.Esta es la representación esquemática del sistema. Después de cubrir la cámara de inyección, el siguiente paso consiste en aislar la cámara y asegurarse de que la fuente de vacío esté continuamente conectada a la cámara y al émbolo de la jeringa. Luego, se extrae lentamente el vacío hasta alcanzar aproximadamente -14,5 PSI.Mantenga esta presión e interrumpa la continuidad entre la fuente de vacío y el émbolo de la jeringa, mientras establece una conexión con el suministro de aire positivo. Aumente gradualmente la presión positiva del suministro de aire hasta alcanzar al menos entre 25 y 35 PSI. Espere unos segundos hasta que el émbolo de la jeringa haya llegado al fondo de la jeringa antes de devolver el sistema a la presión atmosférica.Una vez recuperado el molde, desacople los tubos del conducto del molde. Coloque una tapa de bloqueo hembra en el adaptador macho para evitar el flujo de elastómero. Para el curado.Coloque el molde en un horno con control de temperatura. El dispositivo de este video se cura a 70 grados Celsius durante cinco horas. Al final del tiempo de curado, retire el molde del horno y deje que el dispositivo se enfríe a temperatura ambiente.Luego desmoldee el dispositivo de sujeción. Este instrumento de grado médico se completó en aproximadamente dos días, incluyendo la impresión de las piezas del molde. Una vista de la región similar a una copa muestra seis electrodos y el extremo del receptáculo para una sonda de fibra óptica.Todas las características sobremoldeadas, como la entrada para la sonda de fibra óptica y un cable USB para los electrodos, se encuentran en la parte trasera. Con esta técnica, hemos fabricado más de 40 dispositivos de sonda intravaginal para la recopilación de datos. En un estudio clínico, este dispositivo en particular nos ha permitido estudiar el uso de la fluorescencia cervical y la impedancia para monitorear el embarazo.Para detectar signos de parto pretérmino, es importante recordar diseñar cuidadosamente el molde, elegir adecuadamente las líneas de división y los orificios pasantes, entre otros aspectos. El molde completamente ensamblado queda restringido tanto lineal como rotacionalmente, a la vez que permite la fácil extracción del dispositivo completamente curado. Una vez dominada la técnica, este proceso puede llevar algunas horas o un día, dependiendo de la geometría específica o la complejidad del dispositivo elastomérico deseado.Hemos demostrado que este es un método factible para desarrollar prototipos de dispositivos médicos terapéuticos y diagnósticos, pero el procedimiento puede aplicarse al desarrollo de dispositivos elastoméricos y muchas otras aplicaciones.

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Investigación

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Bioengineering

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