Abbiamo messo a punto un metodo per basso costo e prototipazione rapida di dispositivi stampati ad iniezione in gomma elastomero liquido utilizzando Fused Deposition stampanti modellazione 3D per la progettazione di stampi e un essiccatore modificato come un sistema di iniezione di liquido.
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Articolo metodologico
Rapida e basso costo Prototipazione di dispositivi medici che usano 3D Stampo Stampato per stampaggio ad iniezione Liquid
In questo articolo
Sommario
Abstract
Elastomeri biologicamente inerte come il silicone sono materiali favorevoli per la fabbricazione di dispositivi medici, ma formatura e curare questi elastomeri mediante processi di stampaggio ad iniezione di liquido tradizionali possono essere un processo costoso a causa di costi di lavorazione e attrezzature. Come risultato, è stato tradizionalmente poco pratico da usare stampaggio ad iniezione di liquido a basso costo, applicazioni di prototipazione rapida. Abbiamo messo a punto un metodo per la produzione rapida e basso costo di liquidi dispositivi stampati ad iniezione in elastomero, che utilizza le stampanti Fused Deposition modellazione 3D per la progettazione di stampi e un essiccatore modificato come un sistema di iniezione. Bassi costi e tempi di risposta rapidi in questa tecnica abbassare la barriera di progettazione iterativa e prototipazione di dispositivi elastomerici complessi. Inoltre, modelli CAD sviluppati in questo processo possono essere successivamente adattati per la progettazione di stampi in metallo utensili, consentendo una facile transizione a un processo di stampaggio ad iniezione tradizionale. Abbiamo usato questa tecnica per fabbricare intravagsonde inali coinvolgono geometrie complesse, nonché sovrastampaggio su parti metalliche, utilizzando attrezzi di uso corrente in un laboratorio di ricerca accademica. Tuttavia, questa tecnica può essere facilmente adattato per creare dispositivi di iniezione di liquidi sagomati per molte altre applicazioni.
Introduzione
Stampaggio ad iniezione di liquido (LIM) (noto anche come stampaggio ad iniezione di reazione) viene spesso usato per fabbricare dispositivi elastomerici di elastomeri termoindurenti, ma elevati costi di attrezzature e macchinari richiede una grande quantità di investimento iniziale di capitale 1. Inoltre, LIM può essere tecnicamente difficile e costoso da implementare nei casi con geometria e requisiti per sovrastampaggio complesso. Come risultato, è tipicamente poco pratico da usare LIM tradizionale in volumi ultra-bassa o con disegni periferica fase iniziale che spesso incorrono revisioni iterativi.
La procedura tipica per m....
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Protocollo
Questo protocollo descrive l'uso di terminologia e caratteristiche specifiche nel software SolidWorks utilizzato per Mold Design fasi produttive, anche se altri pacchetti software possono essere utilizzati anche per ottenere lo stesso risultato.
1. Mold Design e Produzione
- Progettare un maestro stampo in scala utilizzando computer-aided design (CAD) software. Procedure specifiche di stampo Design Master variano a seconda della geometria specifica del dispositivo elastomero desiderato. Questo e fasi successive illustrerà passaggi chiave che si traducono in un master e stampi progettazione di stampi specifici che assomiglia g....
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Risultati
Lo stampo e la sonda intravaginale nelle figure 14 e 15 dimostra risultati rappresentativi della procedura presentata in questo articolo.
Figura 14. Mold completamente montato. Stampo per dispositivo sonda intravaginale completamente assemblato.
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Discussione
Di tutte le operazioni descritte, attenta progettazione dello stampo è il più critico per il successo. Il master stampo deve essere creata come un corpo solido con geometrie esterne pari al dispositivo finale. Queste geometrie dovrebbero essere adattati per tenere conto di qualsiasi ritiro del materiale a causa della elastomero scelto e risoluzione della stampante 3D e tolleranze. Il posizionamento di linee di divisione stampi e fori passanti per aste filettate e viti sono dipendenti l'uno dall'altro. Aggiunta d.......
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Dichiarazioni
Nessuno degli autori ha interessi finanziari in competizione rispetto al lavoro dettagliato in questo articolo.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano Sungwon Lim per i contributi intellettuali alla progettazione di dispositivi e stampi, nonché Jambu Jambulingam e Rebecca Grossman-Kahn per aver creato sonde intravaginali in silicone utilizzando questo processo. Questo lavoro è supportato dalla Bill and Melinda Gates Foundation, dalla Vodafone Americas Foundation e dalla FDA (2P50FD003793).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Materiale del modello in ABS | Stratasys | P430 | Materiale del modello per uPrint Plus SE (Fase: Progettazione dello stampo & Materiale |
| di supporto solubile | Stratasys | SR-30 | Materiale di supporto per uPrint Plus SE (Fase: Progettazione dello stampo e Produzione) |
| Sigillante siliconico subacqueo, tubo da 2,8 once, Clear | McMaster-Carr Supply Company | 7327A21 | Silicone RTV per sigillare le fessure nelle linee di separazione degli stampi (fase: assemblaggio dello stampo) |
| Tubi, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" spessore della parete, PVC Tygon ultra-resistente agli agenti chimici, Clear | McMaster-Carr Supply Company | 5046K11 | Forma l'adattatore corridore/canale di colata tra stampo e siringa con elastomero (Fase: miscelazione degli elastomeri) |
| Accoppiamento, adattatore, dritto, maschio a rotazione rapida (luer lock) X 1/8" Tube Barb, nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K123 | Collegare il corridore/canale di colata tra lo stampo e la siringa con l'elastomero (Fase: miscelazione dell'elastomero) |
| Accoppiamento, adattatore, diritto, femmina a rotazione rapida (Luer lock) X 1/8" Tubo Barb, Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K213 | Collegare il corridore/canale di colata tra lo stampo e la siringa con l'elastomero (Passo: Miscelazione dell'elastomero |
| )Cappuccio, femmina a rotazione rapida (Luer lock), Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K315 | Tappo per evitare che il silicone fuoriesca dallo stampo dopo l'iniezione (Fase: miscelazione dell'elastomero) |
| Gomma siliconica liquida (LSR) 30 - 10:1, Grado di impianto | Applied Silicone Corporation | PN40029 | Sostituire con l'elastomero di vostra scelta. Questo è quello utilizzato per la sonda intravaginale (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Siringhe (BD), 1 ml Slip-Tip, non sterili pulite, sfuse | Cole-Parmer | WU-07945-00 | Siringhe per il trasferimento di materiale elastomerico (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Siringhe (BD), 1 ml Slip-Tip, non sterili pulite, sfuse | Cole-Parmer | WU-07945-04 | Siringhe per il trasferimento di materiale elastomerico (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Siringa, 20 ml, foro aperto, stantuffo ad anello solido e impugnatura | Qosina Corporation | C1200 | Siringhe per il trasferimento di materiale elastomerico. Il foro aperto viene utilizzato per elastomeri molto viscosi. (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Ago (BD), Pulizia non sterile con schermi, 18 G x 1,5" Lg., Acciaio inossidabile, BD Bulk | Cole-Parmer | WU-07945-76 | Utilizzato per rimuovere la colonna d'aria tra lo stantuffo della siringa e l'elastomero (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Tazze di plastica, 12 Oz., Clear | Safeway | N/A | Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Sacchetto in polietilene, aperto, piatto, 5" di larghezza x 6" di altezza, 2-MIL Thk. | McMaster-Carr Supply Company | 1928T68 | Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (fase: miscelazione dell'elastomero |
| ) Elastico, senza lattice, arancione, misura 64, 3-1/2" L x 1/4" W | McMaster-Carr Supply Company | 12205T96 | Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (fase: miscelazione dell'elastomero) |
| Parafilm Wrap, 4" W | Cole-Parmer | EW-06720-40 | Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (Fase: Miscelazione di elastomeri) |
| Serbatoi siringa con tappi, Luer Lock, azionamento pneumatico, 50 ml | Soluzioni EWD | JEN-JG50A-15 | Le siringhe più piccole possono essere utilizzate se è necessario meno elastomero, ma assicurarsi che sia compatibile con l'adattatore per siringa ad aria compressa nella camera di iniezione (fase: miscelazione dell'elastomero) |
| Nastro sigillante, filettatura del tubo, 50' Lg x 1/4" W, 0,0028" Thk, 0,5 G/CC Peso specifico | McMaster-Carr Supply Company | 4591K11 | Nastro in teflon per guarnizioni ermetiche intorno alle filettature (Fase: Iniezione di elastomero) |
| Lame per bisturi, monouso, n. 22 | VWR | 21909-646 | Utilizzato per il taglio di tubi e la sformatura (Fase: Polimerizzazione e sformatura Sformatura) |
| Kimwipes | VWR | 21903-005 | ( Fase: Polimerizzazione & Sformatura) |
| 2-Propanolo, J. T. Baker | VWR | JT9334-3 | ( Fase: Polimerizzazione & Sformatura) |
| uPrint Plus SE Stampante 3D | Stratasys | uPrint Plus SE | È possibile utilizzare altre stampanti 3D (Passaggio: Progettazione di stampi e Produzione) |
| Vite, cappuccio, testa esagonale, 1/4"-28, 2-1/2" Lg, 18-8 Acciaio inossidabile | McMaster-Carr Supply Company | 92198A115 | Viti utilizzate con dadi per comprimere lo stampo (Fase: Assemblaggio stampo) |
| Dado, esagonale, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Altezza, 18-8 Acciaio inossidabile | McMaster-Carr Supply Company | 91845A105 | Viti utilizzate con dadi per comprimere lo stampo (fase: assemblaggio dello stampo) |
| Perno, completamente filettato, 1/4 "-28, 1" Lg, acciaio inossidabile 18-8 | McMaster-Carr Supply Company | 95412A567 | Le barre filettate possono essere tagliate alla lunghezza desiderata e vengono utilizzate con nutes per comprimere lo stampo (Step: Assemblaggio stampo) |
| Miscelatore centrifugo planetario | THINKY USA Inc. | ARE-310 | sono fortemente consigliati per la miscelazione fine e per ridurre il tempo di degasaggio, ma la miscelazione manuale va bene (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Bilancia da laboratorio | Mettler-Toledo International Inc. | EL602 | ( Fase: Miscelazione di elastomeri) |
| Contenitore sottovuoto essiccante, riutilizzabile, 10-3/4" OD | McMaster-Carr Supply Company | 2204K7 | Questo essiccatore viene utilizzato per il degasaggio dell'elastomero (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Adattatore miscelatore-tazza stampato in 3D N | /A | N/A | Modellato in Solidworks CAD e stampato in 3D (Fase: Miscelazione degli elastomeri) |
| Tubi, foro liscio, 1/4" ID, 1/2" OD, 1/8" spessore della parete, PVC Tygon ad alta purezza, Clear | McMaster-Carr Supply Company | 5624K51 | Tubi all'esterno dell'essiccatore (fase: iniezione di elastomero) |
| Tubi, foro liscio, 3/8" ID, 5/8" OD, 1/8" spessore della parete, PVC Tygon ad alta purezza, tubi trasparenti | McMaster-Carr Supply Company | 5624K52 | per adattarsi all'alimentazione aria/vuoto (Step: Iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, riduttore, dritto, aletta a vuoto 3/8" ID tubo X Bocchetta a vuoto 1/4" ID tubo, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 44555K188 | Adatta il tubo esterno all'essiccatore al tubo che porta all'alimentazione aria/vuoto (fase: iniezione di elastomero) |
| Morsetto, tubo flessibile e ... Tubo, Worm-Drive, per tubo con diametro esterno da 7/32" a 5/8", 5/16" Wd., 316 SS | McMaster-Carr Supply Company | 5011T141 | Utilizzato su tubi per creare una tenuta a tenuta di aria/vuoto alle giunzioni (fase: iniezione di elastomero) |
| Morsetto, tubo flessibile, vite senza fine a banda liscia, per tubo da 1/2" a 3/4" OD, 3/8" Wd., 304 SS | McMaster-Carr Supply Company | 5574K13 | Utilizzato su tubi per creare una tenuta a tenuta di aria/vuoto alle giunzioni (Passo: Iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, Tee, Vacuum Barb 1/4" Tubo ID, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 44555K138 | Giunzione a T tra vuoto, valvola a T a tre vie su essiccatore e valvola a L a tre vie (fase: iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, Tee, 1/4 NPT femmina X femmina X maschio, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 50785K222 | Giunzione a T tra manometro, camera e valvola a L a tre vie (fase: iniezione di elastomero) |
| Valvola, sfera, diritta, impugnatura a T, 1/4 NPT femmina x maschio, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 4082T42 | Valvola a L a tre vie (fase: iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, adattatore, dritto, aletta a vuoto 1/4" ID tubo x 1/4 NPT maschio, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 44555K132 | Adattatore per valvola a L a tre vie per tubo (fase: iniezione di elastomero) |
| Sega, foro, bimetallo. 1-3/8" OD, 1-1/2" profondità di taglio | McMaster-Carr Supply Company | 4066A25 | Utilizzato per tagliare i fori nell'essiccatore per raccordi passanti (fase: iniezione di elastomero) |
| Pergolato, sega da 9/16" a 1-3/16", 1/4" esagonale | McMaster-Carr Supply Company | 4066A76 | Utilizzato per tagliare i fori nell'essiccatore per raccordi passanti (fase: iniezione di elastomero) |
| Adattatore per albero per seghe a tazza da 1-1/4" attraverso 6" Dia | McMaster-Carr Supply Company | 4066A77 | Utilizzato per praticare fori nell'essiccatore per raccordi passanti (fase: iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, dritto, passante, 1/2 NPT femmina, polipropilene | McMaster-Carr Supply Company | 36895K141 | Raccordi passanti che portano a manometri/vacuometri (fase: iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, adattatore, dritto, riducente, Boccola, esagonale, 1/2 NPT maschio x 1/4 NPT femmina, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 4429K422 | Riduzione del diametro del tubo all'interno dell'essiccatore per adattarsi al sistema di siringhe pneumatiche (fase: iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, adattatore, diritto, riducente, boccola, esagonale, 1/4 NPT maschio x 1/8 NPT femmina, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 4757T91 | Riduzione del diametro del tubo all'interno dell'essiccatore per adattarsi al sistema di siringhe ad aria compressa (fase: iniezione di elastomero) |
| Accoppiamento, adattatore, diritto, aletta a vuoto Tubo con diametro interno da 1/4" X 1/8 NPT femmina, ottone | McMaster-Carr Supply Company | 44555K124 | Riduzione del diametro del tubo all'interno dell'essiccatore per adattarsi al sistema di siringhe ad aria compressa (fase: iniezione di elastomero) |
| Adattatori per siringhe, ad aria, 30/50 ml | Soluzioni EWD | JEN-JG30A-X6 | Adattatore per siringa ad aria compressa all'interno dell'essiccatore; deve essere compatibile con le siringhe utilizzate per contenere l'elastomero (Fase: Iniezione di elastomero) |
| Manometro, Vuoto a doppia scala, Quadrante 2-1/2", 1/4 NPT Maschio, Connettore inferiore, 30" Hg-0, Custodia in acciaio | Vacuometro McMaster-Carr Supply Company | 4002K11 | (Fase: Iniezione di elastomero) |
| Manometro, Vuoto e composto a doppia scala, Quadrante da 3-1/2", 1/4 NPT Maschio, Retro centrale, 30" Hg-0, 100 PSI, Cassa in acciaio | McMaster-Carr Supply Company | 4004K616 | Manometro che porta al sistema di siringhe pneumatiche (fase: iniezione di elastomero) |
| Forno, Vuoto, Isotemp, Economia | Fisher Scientific | 280A | (Fase: Polimerizzazione e Sformatura) |
| Solidworks CAD | Dassault Systè Abbonamento mes | Solidworks Research Altri | software CAD possono essere utilizzati per la progettazione di stampi e stampi (Fase: Progettazione di stampi e Produzione) |
Riferimenti
- 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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