Rapida e basso costo Prototipazione di dispositivi medici che usano 3D Stampo Stampato per stampaggio ad iniezione Liquid

L'obiettivo generale di questa procedura è creare un dispositivo in elastomero liquido con una geometria personalizzata utilizzando pezzi di stampo stampati in 3D. Ciò si ottiene progettando prima la geometria dello stampo desiderata nel software CAD e stampando in 3D i pezzi dello stampo. Il secondo passaggio consiste nell'assemblare i pezzi dello stampo in uno stampo completo successivo all'elastomero liquido preparato e iniettato nella cavità dello stampo.

La fase finale consiste nell'indurimento dell'elastomero liquido e nella rimozione del dispositivo risultante dallo stampo. In definitiva, questa tecnica consente la creazione rapida di dispositivi medici su piccola scala e a basso costo in un ambiente con risorse limitate, che in genere sarebbe possibile solo in un'industria o in un ambiente di produzione su larga scala. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto al tradizionale stampaggio a iniezione di liquidi è che consente la creazione di dispositivi in elastomero in un ambiente accademico o con risorse limitate.

Si può utilizzare questa tecnica per creare prototipi di dispositivi medici da utilizzare negli studi clinici per valutare la fattibilità di nuove tecnologie mediche. La capacità di convalidare rapidamente nuovi dispositivi medici al costo e con un ciclo di iterazione rapido riduce drasticamente gli ostacoli allo sviluppo dei dispositivi e alla prova di igiene. Il metodo specifico consiste nell'incorporare sensori elettrici e ottici in un dispositivo sonda intravaginale progettato per scansionare il tessuto cervicale umano.

In generale, le persone che non conoscono questa tecnica possono inizialmente avere difficoltà a causa dei vincoli di progettazione coinvolti nell'uso di materiali stampati in 3D e più pezzi di stampo per creare uno stampo. Ci auguriamo che la nostra dimostrazione di questa tecnica possa aiutare a guidare eventuali tentativi futuri di progettare uno stampo e di eseguire i passaggi necessari per produrre qualsiasi dispositivo elastomerico desiderato. Il primo passo è utilizzare il software di progettazione assistita da computer per progettare un master di stampi in scala.

Qui in opere solide c'è il maestro della sonda intravaginale. Ha una struttura a forma di coppa a un'estremità e un manico e un file CAD separato. Estrudete un rettangolo in un prisma rettangolare, abbastanza grande da racchiudere il master dello stampo.

Importate il file master dello stampo nel file con il prisma rettangolare. Allineare il master dello stampo in modo che sia centrato e completamente racchiuso all'interno del prisma. Combinate i file e utilizzate un'operazione di sottrazione per creare la cavità dello stampo.

Successivamente, definisci i pezzi dello stampo per creare una linea di giunzione bilaterale. Inizia nella vista piana a destra. Definire uno schizzo 2D rettangolare che si estende dalla base della struttura a tazza fino alla parte superiore dell'impugnatura della sonda.

Applicare i tagli nelle direzioni X positiva e negativa. In questo modo si otterranno parti dello stampo simmetriche bilaterali per creare una linea di divisione radiale. Inizia nella vista piana a destra.

Utilizzare uno schizzo 2D per creare una linea di divisione radialmente simmetrica che includa l'asse Y e passi attraverso le regioni interne della coppa come la geometria. Utilizzate un taglio di rivoluzione sullo sketch per isolare una parte di stampo radialmente simmetrica in modo da tenere insieme lo stampo. Definire i fori passanti definendo uno schizzo 2D circolare con una dimensione del foro di gioco standard corrispondente all'asta o alla vite da utilizzare.

Applicate quindi la feature di taglio estruso allo sketch. Vengono creati fori passanti sia verticali che orizzontali per vincolare completamente i pezzi dello stampo. Dopo aver definito tutte le linee di divisione nei fori passanti, utilizzare la stessa procedura per definire un punto di ingresso per il punto di iniezione A in elastomero verso la parte inferiore della cavità dello stampo.

Inoltre, incorporare prese d'aria per l'elastomero in eccesso per drenare dallo stampo. Isolare ogni pezzo di stampo sopprimendo o non sopprimendo le feature. Ora salva ogni pezzo di stampo come file compatibile con la stampante 3D da utilizzare.

Al termine, carica i file nella stampante 3D e attendi fino a quando non sono finiti circa un giorno per questo stampo e configurazione. Dopo che la stampa è terminata e i pezzi sono stati puliti, l'assemblaggio è il passaggio successivo. Unisci i pezzi dello stampo insieme a tutti i componenti che verranno sovrastampati. Qui.

I componenti sovrastampati sono tubi in acciaio inossidabile ed elettronica. Per questo stampo, posizionare le barre filettate in alcuni fori passanti e tenerle in posizione con due dadi inceppati su un'estremità per aiutare a fornire un'impalcatura quando si aggiunge un pezzo, assicurarsi sempre di allineare i fori passanti. Quando lo stampo è completato, posizionare le viti e le aste rimanenti e fissare tutte le estremità dell'asta con i dadi.

Quindi, preparati a creare un canale nel cancello dello stampo. Utilizzare un adattatore per blocco esca da spinato a maschio. Inserirlo nel cancello della cavità dello stampo.

Assicurati che ci sia una vestibilità aderente. Procurarsi circa quattro pollici di tubo in silicone con adattatori da ardiglione a blocco esca femmina. Collegare a ciascuna estremità, collegare questo tubo all'adattatore e al cancello della cavità dello stampo.

Dopo aver completato questo passaggio, la camera di iniezione deve essere preparata. Procedere con la miscelazione degli elastomeri. Dopo aver preparato la camera di iniezione, utilizzare il volume dello stampo per determinare le quantità necessarie di componenti in elastomero, parte A e B.Quindi preparare un bicchiere di plastica usa e getta, un sacchetto di plastica e diversi elastici.

Posizionato un plastico su una bilancia e strapparlo. Versare le quantità necessarie della parte A e della parte B nella tazza. Qui vengono aggiunti anche i master batch di colore.

Sigillare l'apertura della tazza tirandoci sopra un sacchetto di plastica. Fissare la borsa con tre o quattro elastici. Quindi, mettere la tazza in un mixer centrifugo per due minuti per garantire una miscelazione omogenea e altri uno o due minuti con l'impostazione DGA.

Nel frattempo, per creare la siringa per iniezione di elastomero, inizia con una siringa da 50 millilitri con un blocco dell'esca maschile. Usa un tappo di blocco dell'esca femmina per sigillare il fondo. Quindi fissare la guarnizione con pellicola para e un elastico.

Recuperare l'elastomero e trasferirlo dal bicchiere di plastica nella siringa da 50 millilitri. Prima di aggiungere lo stantuffo, posizionare un ago per siringa per evitare di intrappolare aria nella siringa. Posizionare l'ago con il lato affilato rivolto verso il basso lungo la parete della siringa senza toccare l'elastomero.

Quindi inserire lo stantuffo della siringa nella siringa fino a quando non c'è colonna d'aria visibile tra lo stantuffo e l'elastomero. Il passaggio successivo consiste nell'iniettare l'elastomero nello stampo. Rimuovere il cappuccio femmina sulla siringa contenente l'elastomero preparato e collegare la punta della siringa di blocco dell'esca maschio esposta all'adattatore femmina che porta al cancello dello stampo assemblato.

Il gruppo è ora pronto per la camera di iniezione. Fissare l'adattatore della siringa pneumatica della camera di iniezione sul retro della siringa, riproduce sia lo stampo che la siringa nelle rispettive posizioni. Coprire la camera di iniezione e assicurarsi che si formi una chiusura ermetica.

Questa è la rappresentazione schematica del sistema. Dopo aver coperto la camera di iniezione, il passo successivo consiste nell'isolare la camera e assicurarsi che la fonte di vuoto sia continua con la camera e lo stantuffo della siringa. Quindi aspirare lentamente fino a raggiungere circa 14,5 PSI negativi.

Mantenere questa pressione e interrompere la continuità tra la fonte di vuoto e lo stantuffo della siringa, stabilendo un collegamento con l'alimentazione dell'aria positiva. Aumentare gradualmente la pressione positiva dall'alimentazione dell'aria fino a raggiungere almeno 25-35 PSI. In pochi secondi, attendere che lo stantuffo della siringa abbia raggiunto il fondo della siringa prima di riportare il sistema alla pressione atmosferica.

Quando lo stampo è recuperato, staccare i tubi dal cancello dello stampo. Posizionare un tappo di blocco dell'esca femmina sull'adattatore maschio per impedire il flusso di elastomero. Per la stagionatura.

Mettete lo stampo in forno a temperatura controllata. Il dispositivo in questo video viene polimerizzato a 70 gradi Celsius per cinque ore. Al termine del tempo di indurimento, rimuovere lo stampo dal forno e lasciare raffreddare il dispositivo a temperatura ambiente.

Quindi sformare la morsa del dispositivo. Questo strumento di grado medico è stato completato in circa due giorni, compresa la stampa dei pezzi dello stampo. Una vista nella regione a coppa mostra sei elettrodi e l'estremità del recipiente per una sonda in fibra ottica.

Tutte le caratteristiche sovrastampate, l'ingresso per la sonda in fibra ottica e un cavo USB per gli elettrodi si trovano sul retro. Con questa tecnica, abbiamo prodotto oltre 40 dispositivi di sonde intravaginali per la raccolta dei dati. In uno studio clinico, questo particolare dispositivo ci ha permesso di studiare l'uso della fluorescenza cervicale e dell'impedenza per monitorare la gravidanza.

Per i segni di parto pretermine, è importante ricordare di progettare lo stampo, scegliere con cura le linee di divisione e i fori passanti tali. Lo stampo completamente assemblato è vincolato sia linearmente che rotazionalmente, consentendo anche una facile rimozione del dispositivo completamente polimerizzato. Una volta padroneggiata, questa tecnica può richiedere un paio d'ore o un giorno, a seconda della geometria specifica o della complessità del dispositivo elastomerico desiderato.

Abbiamo dimostrato che questo è un metodo fattibile per sviluppare prototipi di dispositivi medici terapeutici e diagnostici, ma la procedura può essere applicata allo sviluppo di dispositivi elastomerici e a molte altre applicazioni.