Name: Prototypage rapide et à faible coût des dispositifs médicaux utilisant 3D Imprimé moules pour injection de liquide (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 43 s
Description: Découvrez le prototypage rapide de dispositifs médicaux en élastomère liquide à l'aide de moules imprimés en 3D. Cette méthode à faible coût permet la fabrication de prototypes personnalisés dans des environnements académiques et à ressources limitées.

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Les auteurs remercient Sungwon Lim pour ses contributions intellectuelles à la conception de dispositifs et de moules, ainsi que Jambu Jambulingam et Rebecca Grossman-Kahn pour la création de sondes intravaginales en silicone à l’aide de ce procédé. Ce travail est soutenu par la Fondation Bill et Melinda Gates, la Fondation Vodafone Americas et la FDA (2P50FD003793).

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Aucun des auteurs encore d&#39;intérêts financiers concurrents en ce qui concerne les travaux décrits dans cet article.

De toutes les étapes décrites, conception de moules attention est la plus critique pour le succès. Le maître du moule doit être créé comme un corps solide avec des géométries externes égal au dispositif final. Ces géométries doivent être ajustés pour tenir compte de tout retrait du matériau en raison de l&#39;élastomère choisi ainsi que la résolution et les tolérances de l&#39;imprimante 3D. Le placement des lignes de séparation du moule et des trous de passage pour les tiges et les vis filetées sont dépendants l&#39;un...

Moulage d&#39;injection de liquide (LIM) (aussi connu comme le moulage par injection-réaction) est souvent utilisé pour fabriquer des dispositifs élastomères de élastomères thermodurcissables, mais grande outillage et d&#39;équipement nécessite beaucoup d&#39;investissement initial en capital 1. Par ailleurs, la MFR peut être techniquement difficile et coûteux à mettre en œuvre en cas de géométrie et les exigences de surmoulage complexe. En conséquence, il est généralement impossible d&#39;utiliser LIM traditionnelle dans l&#39;ultra-faible volume ou avec des motifs de l&#39;appareil à un stade précoce qui engagent souvent des révisions itératives. La procédure typique pour les matériaux élastomères de moulage par injection consiste à injecter des monomères liquides à des pressions d&#39;environ 150 psi dans un moule en utilisant des machines de moulage spécialisée 2. Les températures et les pressions sont contrôlées afin d&#39;assurer un écoulement laminaire et empêcher l&#39;air d&#39;être piégé dans le moule 3. Les matières premières sont généralement des systèmes de durcissement en deux parties, comme remède de platine silicone, tchapeau sont conservés dans des chambres séparées et contrôlées de température avant l&#39;injection. Les deux composants de la matière première sont pompés dans une chambre de mélange à haute pression qui alimente ensuite dans la cavité du moule. Le durcissement est réalisé en présence d&#39;un catalyseur ainsi que des températures d&#39;environ 150 à 200 ° C 4. Les moisissures sont généralement usinées en acier ou en aluminium selon des tolérances précises pour créer une bonne étanchéité autour de séparation bords 3,5. Malheureusement, ce procédé est généralement mieux adapté à de plus grands coûts d&#39;outillage de fabrication de grande échelle donné de moule, ainsi que la nécessité de systèmes d&#39;injection et de contrôle de rétroaction spécialisés. Pour le prototypage rapide de polyuréthane (PU) parties, il est possible d&#39;utiliser la stéréolithographie (SLA) pour créer une maquette de moule et de produire un moule en silicone de caoutchouc 6,7. Cependant, cette technique ne convient pas pour le surmoulage, car il est difficile d&#39;obtenir un alignement précis des composants surmoulés, comme la silicone est, parconcevoir, pas une structure rigide. En outre, la production de dispositifs à géométrie complexe, telles que les invaginations ou des sections en creux sur, est difficile voire impossible. L&#39;obligation pour les plans de joint de moule complexes et précises et les éléments rigides minces sont le plus souvent incompatibles avec le procédé de moulage liquide en caoutchouc. Les procédés de prototypage échelle de production ou à un stade avancé ci-dessus sont souvent peu pratique pour un stade précoce du développement de dispositifs médicaux dont quelques dispositifs doivent être produites pour la preuve de concept et de faisabilité dans des études humaines, comme c&#39;est souvent le cas dans le laboratoire universitaire et la mise en place des environnements d&#39;entreprise. Le manque de solutions de rechange signifie souvent que le développement même à un stade précoce entraînerait des coûts élevés, nécessitant de nombreux développeurs de dispositifs pour limiter la fonctionnalité de l&#39;appareil ou mettre le développement en attente tandis que les fonds supplémentaires sont soulevées. Cela contribue à un ralentissement considérable du processus d&#39;élaboration depuis une grande fraction des dispositifs médicaux re<html> la mise en œuvre de cahier de fonctions complexes. Il est également difficile de financer le développement coûteux de ces dispositifs, car les données de preuve de concept est souvent pas encore établie. Nous avons rencontré ce barrage dans un projet récent dans ce laboratoire, qui portait sur le développement d&#39;une sonde intravaginale de silicone avec des capteurs optiques et électriques surmoulés qui nécessitaient une pointe en forme de cuvette pour se conformer à la géométrie du col spécifiés. Le processus décrit dans cet article documente notre tentative de contourner ce cercle vicieux et atteindre rapidement la preuve de concept pour les dispositifs médicaux LIM. La technique de la figure 1 déconstruit le processus LIM en 5 activités principales: (1) conception de moules et de production, (2) l&#39;assemblage de moule (3) élastomère de mélange, (4) d&#39;injection d&#39;élastomère, et (5) élastomère durcissement et démoulage. pg &quot;width =&quot; 600 &quot;/&gt; .. Figure 1 Présentation du protocole de Présentation du protocole, ce qui implique: (1a) la création d&#39;un moule à l&#39;aide des outils de conception assistée par ordinateur, (1b) Impression 3D les pièces du moule, (2) l&#39;assemblage des pièces du moule à l&#39;aide de tiges et des vis filetée, ( 3) le mélange d&#39;élastomère liquide et de le charger dans une seringue (4), l&#39;injection de l&#39;élastomère liquide dans le moule en utilisant un dessiccateur modifié, (5a) le durcissement de l&#39;élastomère dans une étuve à température contrôlée, et (5b) démouler le dispositif d&#39;élastomère durci de les pièces de moule. conception de moules implique le développement d&#39;un maître de la moisissure dans la conception assistée par ordinateur (CAO), la soustraction du maître de moule d&#39;un bloc solide et la définition des lignes de séparation de moule. morceaux de moisissures sont créés, puis assemblés à l&#39;aide des vis, des tiges, et les noix avec des composants surmoulés positionnés dans la cavité du moule. Élastomère mixing consiste à combiner les parties A et B de la matière première et de dégazage pour éliminer les espaces vides potentiels dans le matériau. Ensuite, l&#39;injection de l&#39;élastomère implique remplissage commandé par la pression de la cavité de moule, suivi par le durcissement en élastomère dans une étuve à température contrôlée pour assurer la reticulation chimique des chaînes polymères. Briser le processus de moulage par injection dans ces étapes nous permet de renoncer à l&#39;équipement de LIM traditionnelle en faveur des alternatives à faible coût. Par exemple, au lieu de l&#39;usinage d&#39;un moule de métal ou de coulée d&#39;un moule en caoutchouc de silicone à partir d&#39;un maître du moule, les moules réalisés à partir du protocole décrit dans ce manuscrit ont été créées à partir de l&#39;acrylonitrile butadiène styrène (ABS) plastique en utilisant une modélisation condensé dépôt (FDM) 3D 8,9 de l&#39;imprimante. Par rapport à la construction de moules métalliques ou des moules SLA, FDM est généralement un processus moins coûteux et plus rapide. Moules assez complexes peuvent être imprimés rapidement sur une imprimante 3D en interne, ou à peu de frais produits par l&#39;une des nombreuses contrat printin 3Dservices de g disponibles. Par exemple, un huit pièces 3D imprimé moule complexe a été utilisé pour lancer la sonde intravaginale démontré dans la section des résultats représentatifs et représenté dans les figures 14 et 15. Toutes les pièces pour ce moule peuvent être imprimées en environ 1,5 jours sur une imprimante 3D en interne. Les délais d&#39;exécution pour moules simples peuvent être de quelques heures. La longueur totale du temps nécessaire au prototype d&#39;un dispositif utilisant les imprimantes FDM 3D pour créer des moules est similaire au temps nécessaire pour jeter un moule en caoutchouc de silicone et de créer un prototype de polyuréthane. Cependant, en utilisant des imprimantes FDM 3D pour créer des moules permet plusieurs choses qui ne peuvent pas facilement être accompli en utilisant un moule en silicone: (1) de nombreux élastomères thermodurcissables peuvent être utilisés à condition que le moule imprimé en 3D peut tolérer les températures de cuisson nécessaires, (2) des géométries complexes peut être créé avec l&#39;utilisation de beaucoup de différents morceaux de moules et des lignes de séparation, et (3) l&#39;utilisation de pièces de moule rigides permet précis et reproductiblesble alignement de composants surmoulés au sein de la cavité du moule. Au lieu d&#39;utiliser une machine traditionnelle LIM, qui combine le mélange, l&#39;injection et le durcissement, il est possible d&#39;utiliser un mélangeur de laboratoire pour assurer un mélange homogène, un dessiccateur modifié pour l&#39;injection, et un four à température contrôlée norme pour le durcissement. Le système d&#39;injection a été créé en utilisant des composants hors de l&#39;étagère et implique l&#39;addition d&#39;une ligne d&#39;alimentation en pression positive dans le dessiccateur qui se connecte à une seringue remplie d&#39;élastomère mixte. Chambre pressurisation en haut dessiccateurs banc est généralement contrôlé par une vanne à trois voies entre les chambres, une ligne d&#39;alimentation de vide, et l&#39;atmosphère. Le dessiccateur modifié ajoute une ligne d&#39;alimentation en pression positive d&#39;alimentation à l&#39;arrière d&#39;un piston de la seringue. Cela permet la création d&#39;une différence de pression de 40 à 50 psi qui est suffisante pour l&#39;injection de matériau liquide dans la cavité du moule. Cette technique nous a permis de producteursCE silicone intravaginaux sondes avec capteurs optiques et électriques surmoulés pour recueillir la preuve de concept de données pour une étude de phase I des essais cliniques. Silicone a été choisie en raison de la nécessité d&#39;une inertie biologique, ainsi que l&#39;aptitude à stériliser avec une variété de procédés 10,11. En outre, le dispositif a nécessité une géométrie en forme de coupelle complexe et non conventionnelle à la pointe de la sonde où les capteurs sont situés à l&#39;interface avec le col de l&#39;utérus. Sans l&#39;utilisation de la technique décrite, il aurait été un processus beaucoup plus long et coûteux à produire ces dispositifs. Cette adaptation du processus LIM réduit les exigences de coûts et de l&#39;équipement par rapport à la méthode traditionnelle de la MFR, ce qui rend pratique pour adopter une approche rapide et itératif de conception de dispositifs élastomères.

<table><tbody><tr><td>Matériau du modèle ABS</td><td>Stratasys</td><td>P430</td><td>Matériau du modèle pour uPrint Plus SE (Étape : Conception du moule & Production)</td></tr><tr><td>Matériau de support soluble</td><td>Stratasys</td><td>SR-30</td><td>Matériau de support pour uPrint Plus SE (Étape : Conception de moule & Production)</td></tr><tr><td>Scellant silicone sous-marin, tube de 2,8 oz, transparent</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>7327A21</td><td>RTV en silicone pour sceller les espaces aux lignes de séparation du moule (étape : assemblage du moule)</td></tr><tr><td>Tube, 1/8 " ID, 1/4 " OD, 1/16 " d’épaisseur de paroi, PVC Tygon ultra-résistant aux produits chimiques, Clear</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5046K11</td><td>Forme un adaptateur de coureur/carotte entre le moule et la seringue avec élastomère (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Raccord, adaptateur, droit, mâle à rotation rapide (Luer lock) X 1/8 » Tube cannelé, Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K123</td><td>Connecter la glissière/carotte entre le moule et la seringue avec l’élastomère (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Raccord, Adaptateur, Droite, Femelle Rotation rapide (Luer lock) X 1/8 » Tube cannelé, Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K213</td><td>Connecter la glissière/carotte entre le moule et la seringue avec de l’élastomère (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Capuchon, rotation rapide femelle (Luer lock), Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K315</td><td>Capuchon pour empêcher le silicone de s’échapper du moule après l’injection (étape : mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Caoutchouc de silicone liquide (LSR) 30 - 10:1, Implant Grade</td><td>Applied Silicone Corporation</td><td>PN40029</td><td>Remplacez par l’élastomère de votre choix.&nbsp ; C’est celui utilisé pour la sonde intravaginale (Etape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Seringues (BD), 1 ml Slip-Tip, non stérile propre, en vrac</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-00</td><td>Seringues pour le transfert de matériau élastomère (Etape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Seringues (BD), 1 ml Slip-Tip, non stérile propre, en vrac</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-04</td><td>Seringues pour le transfert de matériau élastomère (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Seringue de 20 ml, à alésage ouvert, à piston à anneau plein et à poignée</td><td>Seringues Qosina Corporation</td><td>C1200</td><td>pour le transfert de matériau élastomère.&nbsp ; L’alésage ouvert est utilisé pour les élastomères très visqueux. (Étape : Mélange d’élastomères)</td></tr><tr><td>Aiguille (BD), non stérile propre avec boucliers, 18 g x 1,5 » Lg., acier inoxydable, BD Bulk</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-76</td><td>Utilisé pour éliminer la colonne d’air entre le piston de la seringue et l’élastomère (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Gobelets en plastique, 12 oz, transparent</td><td>Safeway</td><td>N/A</td><td>Utilisé pour mélanger le silicone dans le mélangeur THINKY (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Sac en polyéthylène, ouvert, plat, 5 » de largeur x 6 » de hauteur, 2-MIL Thk.</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>1928T68</td><td>Utilisé pour mélanger le silicone dans le mélangeur THINKY (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Élastique, sans latex, Orange, Taille 64, 3-1/2 » L x 1/4 » L</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>12205T96</td><td>Utilisé pour mélanger le silicone dans le mélangeur THINKY (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Emballage Parafilm, 4 » W</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>Utilisé pour mélanger le silicone dans le mélangeur THINKY (Étape : Mélange d’élastomères)</td></tr><tr><td>Cylindres de seringue avec bouchons, Luer Lock, à commande pneumatique,&nbsp ; 50 ml</td><td>EWD Solutions</td><td>JEN-JG50A-15</td><td>Des seringues plus petites peuvent être utilisées si moins d’élastomère est nécessaire, mais assurez-vous qu’elles sont compatibles avec l’adaptateur de seringue à commande pneumatique dans la chambre d’injection (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Ruban d’étanchéité, filetage de tuyau, 50' Lg x 1/4 » W, 0.0028 » Thk, 0,5 g/cc Gravité spécifique</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4591K11</td><td>Ruban téflon pour joints étanches à l’air autour des filetages (Étape : Injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Lames de scalpel, jetables, n° 22</td><td>VWR</td><td>21909-646</td><td>Utilisé pour la coupe de tubes et le démoulage (Étape : Durcissement et Démoulement)</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>VWR</td><td>21903-005</td><td>&nbsp ;( Étape : Durcissement et Démoulement)</td></tr><tr><td>2-propanol, J. T. Baker</td><td>VWR</td><td>JT9334-3</td><td>&nbsp ;( Étape : Durcissement et Démoulage :</td></tr> <tr><td>Imprimante 3D uPrint Plus SE</td><td>Stratasys</td><td>uPrint Plus SE</td><td>D’autres imprimantes 3D peuvent être utilisées (Étape : Conception de moules & Production)</td></tr><tr><td>Vis, capuchon, tête hexagonale,&nbsp ; 1/4 »-28 , 2-1/2 » Lg, 18-8 Acier inoxydable</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>92198A115</td><td>Vis utilisées avec des écrous pour comprimer le moule (étape : Assemblage du moule)</td></tr><tr><td>Écrou, hexagonal, 1/4 »-28, 7/16 » Wd, 7/32 » Hauteur, 18-8 Acier inoxydable&nbsp ;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>91845A105</td><td>Vis utilisées avec des écrous pour comprimer le moule (Étape : Assemblage du moule)</td></tr><tr><td>Goujon, entièrement fileté, 1/4 »-28, 1 » Lg, 18-8 Acier inoxydable&nbsp ;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>95412A567</td><td>Les tiges filetées peuvent être coupées à la longueur souhaitée et sont utilisées avec des nues pour comprimer le moule (Étape : Assemblage du moule)</td></tr><tr><td>Mélangeur centrifuge planétaire</td><td>THINKY USA Inc.</td>Les mélangeurs <td>ARE-310</td><td>sont fortement recommandés pour le mélange fin et pour réduire le temps de dégazage, mais le mélange manuel est acceptable (Étape : Mélange d’élastomères)</td></tr><tr><td>Balance de laboratoire</td><td>Mettler-Toledo International Inc.</td><td>EL602</td><td>( Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Cartouche d’aspirateur déshydratante, réutilisable,&nbsp ; 10-3/4" OD</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>2204K7</td><td>Ce dessiccateur est utilisé pour le dégazage de l’élastomère (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Adaptateur mélangeur-tasse personnalisé</td><td>imprimé en 3D N/A</td> N<td>/A</td><td>Modélisé dans Solidworks CAD et imprimé en 3D (Étape : Mélange d’élastomère)</td></tr><tr><td>Tube, alésage lisse, 1/4 » ID, 1/2 » OD, 1/8 » d’épaisseur de paroi, PVC Tygon de haute pureté, Clear</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K51</td><td>Tube à l’extérieur du dessiccateur (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Tube, alésage lisse, 3/8 » ID, 5/8 » OD, 1/8 » d’épaisseur de paroi, PVC Tygon de haute pureté, Clear</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K52</td><td>Tube pour s’adapter à l’alimentation en air/vide (Étape : Injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Raccord, Réducteur, Droit, Tube à vide 3/8 » ID X Tube à vide 1/4 » ID du tube, Laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K188</td><td>Adapter le tube à l’extérieur du dessiccateur au tube menant à l’alimentation en air/vide (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Collier, tuyau et Tube, entraînement à vis sans fin, pour tube de 7/32 » à 5/8 » de diamètre extérieur, 5/16 » de largeur, 316 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5011T141</td><td>Utilisé sur les tubes pour créer un joint étanche à l’air et au vide aux jonctions (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Collier, tuyau, entraînement à vis sans fin à bande lisse, pour tube de 1/2 » à 3/4 » de diamètre extérieur, 3/8 » de largeur, 304 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5574K13</td><td>Utilisé sur les tubes pour créer un joint étanche à l’air et au vide aux jonctions (étape : Injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Accouplement, té, ardillon à vide 1/4" Tube ID, laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K138</td><td>Jonction en T entre le vide, vanne en T à trois voies sur dessiccateur et vanne en L à trois voies (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Accouplement, té, 1/4 NPT femelle x femelle x mâle, laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>50785K222</td><td>Jonction en T entre le manomètre, la chambre et la vanne en L à trois voies (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Soupape, bille, droite, poignée en T, 1/4 NPT femelle x mâle, laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4082T42</td><td>Vanne en L à trois voies (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Raccord, adaptateur, droit, ardillon à vide Tube de diamètre intérieur 1/4 » x 1/4 NPT mâle, laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K132</td><td>Adaptateur pour vanne en L à trois voies à tube (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Scie, trou, bimétal. 1-3/8 » OD, 1-1/2 » Profondeur de coupe</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A25</td><td>Utilisé pour percer des trous dans le dessiccateur pour les raccords traversants (Pas : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Arbre, scie de 9/16 po à 1-3/16 po, hexagonale de 1/4 po</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A76</td><td>Utilisé pour percer des trous dans le dessiccateur pour les raccords traversants (Étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Adaptateur d’arbre pour scies cloches de 1-1/4 po à 6 po de diamètre</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A77</td><td>Utilisé pour percer des trous dans le dessiccateur pour les raccords traversants (Étape : Injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Accouplement, Droit, Traversant, 1/2 NPT Femelle, Polypropylène</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>36895K141</td><td>Raccords traversants menant à des manomètres de pression/vide (Étape : Injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Raccord, Adaptateur, Droit, Réducteur,&nbsp ; Bague, hexagonale, 1/2 NPT mâle x 1/4 NPT femelle, laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4429K422</td><td>Réduction du diamètre du tube à l’intérieur du dessiccateur pour s’adapter au système de seringue pneumatique (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Raccord, adaptateur, droit, réducteur, bague, hexagonal, 1/4 NPT mâle x 1/8 NPT femelle, laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4757T91</td><td>Réduction du diamètre du tube à l’intérieur du dessiccateur pour s’adapter au système de seringue pneumatique (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Raccord, adaptateur, droit, cannelé à vide Tube 1/4" ID x 1/8 NPT femelle, laiton</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K124</td><td>Réduction du diamètre du tube à l’intérieur du dessiccateur pour s’adapter au système de seringue à commande pneumatique (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Adaptateurs de seringue, à commande pneumatique, 30/50 ml</td><td>EWD Solutions</td><td>JEN-JG30A-X6</td><td>Adaptateur de seringue pneumatique à l’intérieur du dessiccateur ; doit être compatible avec les seringues utilisées pour maintenir l’élastomère (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Manomètre, Vide à double échelle, Cadran 2-1/2 », 1/4 NPT mâle, Connecteur inférieur, 30 » Hg-0, Boîtier en acier</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4002K11</td><td></td></tr> <tr><td>Jauge, Vide à double échelle et composé, Cadran 3-1/2 », 1/4 NPT mâle, Dos central, 30 » Hg-0, 100 PSI, Boîtier en acier</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4004K616</td><td>Manomètre menant au système de seringue pneumatique (étape : injection d’élastomère)</td></tr><tr><td>Four, Aspirateur, Isotemp, Economie&nbsp ;</td>Un four standard sans vide <td>Fisher Scientific</td><td>280A</td><td>peut être utilisé (Étape : Durcissement & Démoulage)</td></tr><tr><td>Solidworks CAD</td><td>Dassault Syst&egrave ; Mes</td><td>Solidworks Research Subscription</td><td>D’autres logiciels de CAO peuvent être utilisés pour le maître de moule et la conception de moules (Étape : Conception de moules & Production)</td></tr></tbody></table>

prototypage rapide et à faible coût des dispositifs médicaux utilisant 3d imprimé moules pour injection de liquide

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

Élastomères biologiquement inertes tels que le silicone sont des matériaux favorables à la fabrication de dispositifs médicaux, mais la formation et le durcissement de ces élastomères par des procédés traditionnels liquide de moulage par injection peut être un processus coûteux en raison de l&#39;outillage et d&#39;équipement. En conséquence, il a toujours été impossible d&#39;utiliser le moulage par injection de liquide à faible coût, des applications de prototypage rapide. Nous avons mis au point une méthode pour la production rapide et à faible coût de liquides dispositifs moulés par injection d&#39;élastomère qui utilise des imprimantes dépôt modélisation 3D fusionnés pour la conception de moules et un dessiccateur modifié comme un système d&#39;injection. Faibles coûts et temps de réponse rapide à cette technique abaisser la barrière à la conception itérative et prototypage appareils élastomères complexes. En outre, les modèles de CAO développés dans ce procédé peuvent être adaptés pour la conception ultérieure moule métallique de l&#39;outillage, ce qui permet une transition aisée à un procédé de moulage par injection classique. Nous avons utilisé cette technique pour fabriquer intravagsondes Inal impliquant des géométries complexes, ainsi que sur le surmoulage de pièces métalliques, en utilisant des outils couramment disponibles dans un laboratoire de recherche universitaire. Cependant, cette technique peut être facilement adapté pour créer des dispositifs d&#39;injection de liquide moulées pour de nombreuses autres applications.

Le moule et la sonde intravaginale dans les figures 14 et 15 montre des résultats représentatifs de la procédure présentée dans cet article. <img alt="Figure 14" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig14highres.jpg" width="500" /> Figure 14. Mold entièrement assemblé. Moule pour le dispositif de sonde intravaginale Entièrement assemblé. <p class="jove_content" fo:keep-togeth...

Nous avons mis au point une méthode à faible coût et le prototypage rapide de liquides dispositifs moulés par injection en caoutchouc élastomère en utilisant les imprimantes modélisation 3D de dépôt fusionnés pour la conception de moules et un dessiccateur modifié comme un système d&#39;injection de liquide.

Prototypage rapide et à faible coût des dispositifs médicaux utilisant 3D Imprimé moules pour injection de liquide

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

L'objectif général de cette procédure est de créer un dispositif en élastomère liquide possédant une géométrie personnalisée à l'aide de pièces de moule imprimées en 3D. Cela est réalisé en concevant d'abord la géométrie souhaitée du moule dans un logiciel de CAO et en imprimant en 3D les pièces du moule. La deuxième étape consiste à assembler les pièces du moule pour former un moule complet, puis à préparer l'élastomère liquide et à l'injecter dans la cavité du moule.La dernière étape consiste à durcir l'élastomère liquide et à retirer le dispositif obtenu du moule. En définitive, cette technique permet la création rapide de dispositifs médicaux de petite taille et à faible coût dans un environnement aux ressources limitées, ce qui ne serait normalement possible que dans un cadre industriel ou de fabrication à plus grande échelle. Le principal avantage de cette technique par rapport au moulage par injection traditionnel est qu'elle permet la fabrication de dispositifs en élastomère dans un cadre académique ou aux ressources limitées.On peut utiliser cette technique pour créer des prototypes de dispositifs médicaux destinés à des études cliniques afin d'évaluer la faisabilité de nouvelles technologies médicales. La capacité de valider rapidement de nouveaux dispositifs médicaux à moindre coût et avec un cycle d'itération rapide réduit considérablement les obstacles au développement de dispositifs et à la preuve de concept. La méthode que nous utilisons spécifiquement consiste à intégrer des capteurs électriques et optiques dans un dispositif sonde intravaginale conçu pour analyser les tissus cervicaux humains.En général, les personnes novices dans cette technique peuvent éprouver des difficultés initiales en raison des contraintes de conception liées à l'utilisation de matériaux imprimés en 3D et de plusieurs pièces de moule pour créer un moule. Nous espérons que notre démonstration de cette technique aidera à guider toutes les tentatives futures de conception d'un moule et à réaliser les étapes nécessaires pour obtenir un dispositif élastomérique quelconque. La première étape consiste à utiliser un logiciel de conception assistée par ordinateur pour concevoir un modèle maître de moule à l'échelle.Ici, dans SolidWorks, se trouve le modèle principal de la sonde intravaginale. Il présente une structure en forme de cupule à une extrémité, ainsi qu'une poignée et un fichier CAO distinct. Extrudez un rectangle en un prisme rectangulaire, suffisamment grand pour englober le modèle principal du moule.Importer le fichier maître du moule dans le fichier contenant le prisme rectangulaire. Aligner le maître du moule de manière à ce qu'il soit centré et entièrement enfermé dans le prisme. Combiner les fichiers et utiliser une opération de soustraction pour créer la cavité du moule.Ensuite, définissez les éléments du moule afin de créer une ligne de séparation bilatérale. Commencez par la vue de face droite. Définissez un croquis 2D rectangulaire s'étendant de la base de la structure en forme de cupule jusqu'au sommet de la poignée de la sonde.Effectuez des découpes dans les directions positives et négatives de l'axe X. Cela produira des pièces de moule symétriques bilatérales afin de créer une ligne de joint radiale. Commencez dans la vue de face droite.Utilisez une esquisse 2D pour créer une ligne de joint radialement symétrique incluant l'axe Y et passant par les régions internes de la géométrie en forme de cupule. Appliquez une coupe par révolution sur l'esquisse afin d'isoler une pièce de moule symétrique radialement pour maintenir le moule ensemble. Définissez des trous débouchants en traçant une esquisse 2D circulaire avec une dimension de trou de dégagement standard correspondant à la tige ou à la vis à utiliser.Appliquez ensuite la fonction de découpe par extrusion au croquis. Des trous débouchants verticaux et horizontaux sont créés afin de contraindre complètement les pièces du moule. Après avoir défini toutes les lignes de joint dans les trous débouchants, utilisez la même procédure pour définir un point d'entrée pour la porte du composant A de l'élastomère vers le bas de la cavité du moule.Ajoutez également des orifices pour permettre à l'excès d'élastomère de s'écouler du moule. Isolez chaque pièce du moule en masquant ou en démasquant les éléments. Ensuite, enregistrez chaque pièce du moule dans un fichier compatible avec l'imprimante 3D à utiliser.Lorsque c'est terminé, chargez les fichiers dans l'imprimante 3D et attendez environ un jour que l'impression soit terminée pour ce moule et ce dispositif. Une fois l'impression terminée et les pièces nettoyées, l'étape suivante consiste à assembler. Rapprochez les pièces du moule ainsi que tous les composants qui seront surmoulés. Ici.Les composants surmoulés sont des tubes en acier inoxydable et des éléments électroniques. Pour ce moule, insérez des tiges filetées dans certains trous traversants et maintenez-les en place à l’aide de deux écrous bloqués à une extrémité afin de fournir un soutènement lors de l’ajout d’une pièce ; veillez toujours à aligner correctement les trous traversants. Une fois le moule terminé, placez les vis et tiges restantes et fixez toutes les extrémités des tiges avec des écrous.Ensuite, préparez-vous à créer un canal vers l'éjection du moule. Utilisez un raccord à emboîtement mâle à verrouillage. Insérez-le dans l'éjection de la cavité du moule.Veillez à ce qu'il y ait un ajustement étanche. Prélevez environ dix centimètres de tube en silicone équipé d'adaptateurs à emboîtement mâle-femelle. Fixez-en un à chaque extrémité, puis reliez ce tube à l'adaptateur et à l'orifice de la cavité du moule.Une fois cette étape terminée, la chambre d'injection doit être préparée. Procédez au mélange de l'élastomère. Après avoir préparé la chambre d'injection, utilisez le volume du moule pour déterminer les quantités nécessaires des composants de l'élastomère, partie A et B. Préparez ensuite un gobelet en plastique jetable, un sac en plastique et plusieurs élastiques.Placer un récipient en plastique sur une balance et la tare. Verser les quantités requises des composants A et B dans le gobelet. Les pâtes concentrées de couleur sont également ajoutées ici.Fermez l'ouverture du gobelet en tendant un sac en plastique dessus. Fixez le sac avec trois ou quatre élastiques. Ensuite, placez le gobelet dans un mélangeur centrifuge et mélangez pendant deux minutes afin d'assurer un mélange homogène, puis pendant une à deux minutes supplémentaires en utilisant le réglage DGAs.Entre-temps, pour créer la seringue d'injection d'élastomère, commencez par une seringue de 50 millilitres munie d'un raccord mâle à verrouillage par emboîtement. Utilisez un bouchon femelle à verrouillage par emboîtement pour sceller le fond. Ensuite, fixez le scellage avec du film parafilm et un élastique.Récupérez l'élastomère et transférez-le du gobelet en plastique dans la seringue de 50 millilitres. Avant d'insérer le piston, fixez une aiguille à la seringue afin d'éviter d'emprisonner de l'air à l'intérieur. Placez l'aiguille avec la pointe orientée vers le bas le long de la paroi de la seringue, sans toucher l'élastomère.Ensuite, insérez le piston de la seringue dans la seringue jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de colonne d'air visible entre le piston et l'élastomère. L'étape suivante consiste à injecter l'élastomère dans le moule. Retirez le bouchon femelle de la seringue contenant l'élastomère préparé et reliez l'embout mâle de la seringue à raccord fileté exposé à l'adaptateur femelle menant à l'orifice du moule assemblé.L'assemblage est désormais prêt pour la chambre d'injection. Fixez l'adaptateur de seringue actionné par air comprimé sur l'arrière de la seringue, puis placez à la fois le moule et la seringue dans leurs positions respectives. Fermez la chambre d'injection et assurez-vous qu'un joint étanche à l'air soit formé.Il s'agit de la représentation schématique du système. Après avoir recouvert la chambre d'injection, l'étape suivante consiste à isoler la chambre et à s'assurer que la source de vide est en continuité avec la chambre et le piston de la seringue. Ensuite, appliquez lentement le vide jusqu'à atteindre environ -14,5 psi.Conservez cette pression et interrompez la continuité entre la source de vide et le piston de la seringue tout en établissant une connexion avec l'alimentation en air positif. Augmentez progressivement la pression positive provenant de l'alimentation en air jusqu'à atteindre au moins 25 à 35 PSI. Attendez quelques secondes que le piston de la seringue atteigne le fond de la seringue avant de ramener le système à la pression atmosphérique.Lorsque le moule est récupéré, détachez les tubes du canal du moule. Placez un bouchon de verrouillage femelle sur l'adaptateur mâle pour empêcher l'écoulement de l'élastomère. Pour la polymérisation.Placer le moule dans un four thermostaté. L'appareil présenté dans cette vidéo est polymérisé à 70 degrés Celsius pendant cinq heures. À la fin du temps de polymérisation, retirer le moule du four et laisser l'appareil refroidir à température ambiante.Ensuite, démoulez l'outil de serrage. Cet instrument de qualité médicale a été réalisé en environ deux jours, temps qui inclut l'impression des pièces du moule. Une vue de la région en forme de cupule montre six électrodes ainsi que l'extrémité du logement destiné à une sonde optique en fibre.Toutes les caractéristiques moulées incluent à l'arrière une entrée pour la sonde optique à fibre et un câble USB pour les électrodes. Grâce à cette technique, nous avons fabriqué plus de 40 dispositifs de sonde intravaginale pour la collecte de données. Dans une étude clinique, ce dispositif particulier nous a permis d'étudier l'utilisation de la fluorescence et de l'impédance cervicales pour surveiller la grossesse.Pour détecter les signes de naissance prématurée, il est important de concevoir soigneusement le moule, de choisir judicieusement les lignes de joint et les trous traversants, entre autres. Le moule entièrement assemblé est contraint à la fois linéairement et rotativement, tout en permettant un retrait facile du dispositif complètement polymérisé. Une fois maîtrisée, cette technique peut prendre quelques heures ou une journée, selon la géométrie ou la complexité spécifique du dispositif élastomère souhaité.Nous avons démontré qu'il s'agit d'une méthode réalisable pour développer des prototypes de dispositifs médicaux thérapeutiques et diagnostiques, mais la procédure peut être appliquée au développement de dispositifs élastomériques et à de nombreuses autres applications.

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