Name: Rapida e basso costo Prototipazione di dispositivi medici che usano 3D Stampo Stampato per stampaggio ad iniezione Liquid (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 43 s
Description: Impara a creare dispositivi medici in elastomero liquido con geometrie personalizzate utilizzando stampi stampati in 3D. Questa tecnica rapida e a basso costo consente la prototipazione in ambienti con risorse limitate.

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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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Nessuno degli autori ha interessi finanziari in competizione rispetto al lavoro dettagliato in questo articolo.

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&#39;uno dall&#39;altro. Aggiunta d...

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 materiali elastomerici ad iniezione consiste nell&#39;iniettare monomeri liquidi a pressioni di circa 150 psi in uno stampo mediante stampaggio macchine specializzate 2. Le temperature e le pressioni sono controllati per garantire un flusso laminare e impedire all&#39;aria di essere intrappolati nello stampo 3. Le materie prime sono tipicamente sistemi di cura in due parti, come ad esempio la cura di platino silicone, tcappello sono conservati in camere distinte e temperatura controllate prima dell&#39;iniezione. Entrambi i componenti della materia prima vengono pompati in una camera di miscelazione ad alta pressione che alimenta successivamente nella cavità dello stampo. Polimerizzazione è ottenuta grazie alla presenza di un catalizzatore che della temperatura di circa 150-200 ° C 4. Le muffe sono in genere ricavati da acciaio o alluminio con tolleranze precise per creare una buona tenuta intorno separazione bordi 3,5. Purtroppo, questo processo è generalmente più adatto per grandi fabbricazione scala di costi degli utensili stampo alto così come l&#39;esigenza di sistemi di iniezione e di controllo in retroazione specializzati. Per prototipazione rapida di poliuretano (PU) parti, è possibile utilizzare stereolitografia (SLA) per creare un master stampo e produrre un silicone stampo in gomma 6,7. Tuttavia, questa tecnica non è adatto per sovrastampaggio poiché è difficile ottenere un allineamento preciso dei componenti sovrastampati, come il silicone è, perprogettare, non una struttura rigida. Inoltre, la produzione di dispositivi con geometrie complesse, come invaginazioni o sezioni su incavate, è difficile o impossibile. Il requisito per linee di divisione stampi complessi o precisi e sottili elementi rigidi sono il più delle volte, incompatibile con il processo di stampaggio gomma liquida. I processi di prototipazione suddetta produzione su scala o in fase avanzata sono spesso poco pratico per stadio precoce sviluppo di dispositivi medici in cui hanno bisogno di un paio di dispositivi da produrre per proof-of-concept e di fattibilità in studi umani, come spesso accade in laboratorio accademico e start-up ambienti aziendali. La mancanza di alternative, spesso significa che anche lo sviluppo della fase iniziale comporterebbe costi elevati, che richiedono molti sviluppatori di dispositivi per limitare la funzionalità del dispositivo o mettere lo sviluppo in attesa, mentre sono sollevati fondi aggiuntivi. Ciò contribuisce ad un drammatico rallentamento del processo di sviluppo da una grande frazione dei dispositivi medici ri<html> attuazione quaderno di funzioni complesse. E &#39;anche difficile per finanziare lo sviluppo costoso di tali dispositivi in ​​quanto i dati proof-of-concept spesso non è stato ancora stabilito. Abbiamo incontrato questo blocco stradale in un recente progetto all&#39;interno di questo laboratorio, che ha comportato lo sviluppo di una sonda intravaginale silicone con sensori sovrastampati elettrici e ottici che richiedevano una punta a tazza per conformarsi alle geometrie cervicali specificati. Il processo descritto in questo articolo documenta il nostro tentativo di aggirare questo circolo vizioso e raggiungere rapidamente proof-of-concept per i dispositivi medici LIM. La tecnica illustrata in figura 1 scompone il processo LIM in 5 attività principali: (1) stampo di progettazione e di produzione, (2) complesso di stampo (3) miscelazione elastomero, (4) iniezione di elastomero, e (5) elastomero polimerizzazione e sformatura. &quot;width =&quot; pg 600 &quot;/&gt; .. Figura 1 Protocollo Panoramica del protocollo, che prevede: (1 bis) la creazione di uno stampo utilizzando strumenti computer-aided design, (1b) stampa i pezzi stampo 3D, (2) assemblando i pezzi di stampo utilizzando barre filettate e viti, ( 3) miscelare elastomero liquido e caricarlo in una siringa, (4) iniettare l&#39;elastomero liquido nello stampo utilizzando un essiccatore modificato, (5a) indurire l&#39;elastomero in un forno a temperatura controllata, e (5b) sformatura dispositivo dell&#39;elastomero vulcanizzato dal i pezzi stampo. Progettazione di stampi comporta lo sviluppo di un maestro stampo in computer-aided design (CAD) software, la sottrazione del master muffa da un blocco solido e la definizione di linee di divisione stampo. I pezzi dello stampo vengono creati e poi assemblati con viti, barre e dadi con componenti sovrastampati posizionate nella cavità dello stampo. Gomma mixing coinvolge combinando parti A e B delle materie prime e degasaggio per rimuovere eventuali spazi vuoti nel materiale. Successivamente, iniezione elastomero comporta riempimento dovuti a pressione della cavità dello stampo, seguita da indurimento elastomero in un forno a temperatura controllata per assicurare reticolazione chimica delle catene polimeriche. Abbattere il processo di stampaggio ad iniezione in questi passaggi ci permette di rinunciare attrezzature LIM tradizionale a favore di alternative low cost. Ad esempio, invece di lavorazione di uno stampo metallico o colata uno stampo in gomma siliconica da un master stampo, stampi creati dal protocollo descritto in questo manoscritto sono stati creati da acrilonitrile butadiene stirene (ABS) utilizzando una modellazione plastica fusa deposizione (FDM) 3D 8,9 stampante. Rispetto alla costruzione di stampi metallici o muffe SLA, FDM è generalmente un processo economico e più veloce. Abbastanza stampi complessi possono essere stampati rapidamente su una stampante 3D in-house, o buon mercato prodotte da uno del contratto molti printin 3Dg servizi disponibili. Ad esempio, una di otto elementi muffa 3D stampato complesso è stato usato per lanciare la sonda intravaginale dimostrato nella sezione risultati rappresentativi e mostrato nelle figure 14 e 15. Tutte le parti di questo stampo possono essere stampati in circa 1,5 giorni su una stampante 3D in-house. Tempi di consegna per forme più semplici possono essere un paio d&#39;ore. La lunghezza complessiva del tempo necessario al prototipo un dispositivo utilizzando stampanti FDM 3D per creare stampi è simile al tempo necessario per lanciare uno stampo di gomma siliconica e creare un prototipo poliuretano. Tuttavia, utilizzando stampanti FDM 3D per creare stampi consente diverse cose che non possono essere facilmente realizzato utilizzando uno stampo in silicone: (1) molti elastomeri termoindurenti possono essere utilizzati, purché lo stampo 3D-stampata può tollerare temperature di indurimento richiesti, (2) geometrie complesse possono essere creati con l&#39;uso di molti diversi pezzi di stampi e linee di divisione, e (3) l&#39;uso di pezzi di stampi rigidi permette precisa e riproducibilitàBLE allineamento dei componenti sovrastampati all&#39;interno della cavità dello stampo. Invece di utilizzare una macchina tradizionale LIM, che combina la miscelazione, iniezione, e polimerizzazione, è possibile usare un miscelatore da laboratorio per permettere una miscelazione omogenea, essiccatore modificato per iniezione, e un forno a temperatura controllata standard per curare. Il sistema di iniezione è stata creata usando componenti off-the-shelf e prevede l&#39;aggiunta di una linea di alimentazione di pressione positiva in un essiccatore che si connette a una siringa riempita di elastomero mista. Sezione pressurizzazione in migliori essiccatori banco è generalmente controllato da una valvola a tre vie fra le camere, una linea di alimentazione di vuoto, e l&#39;atmosfera. L&#39;essiccatore modificata aggiunge una linea di alimentazione di pressione positiva di alimentazione al retro di uno stantuffo della siringa. Questo consente la creazione di un differenziale di pressione 40-50 psi che è sufficiente per l&#39;iniezione materiale liquido nella cavità dello stampo. Questa tecnica ci ha permesso di produttorice silicone sonde intravaginale con sensori elettrici e ottici sovrastampati per raccogliere proof-of-concept dati per una fase I di sperimentazione clinica. Silicone è stato selezionato per la necessità di inerzia biologica nonché la capacità di sterilizzare con una varietà di metodi 10,11. Inoltre, il dispositivo richiede una geometria a tazza complesso e non convenzionale sulla punta della sonda in cui si trovano i sensori per interfacciarsi con la cervice. Senza l&#39;uso della tecnica descritto, sarebbe stato un processo molto più lunghe e costose per produrre questi dispositivi. Questo adattamento del processo LIM riduce i requisiti di costo e attrezzature se confrontato con il processo di LIM tradizionale, rendendolo pratico per adottare un approccio rapido e iterativo per la progettazione di dispositivi elastomerici.

<table><tbody><tr><td>Materiale del modello in ABS</td><td>Stratasys</td><td>P430</td><td>Materiale del modello per uPrint Plus SE (Fase: Progettazione dello stampo & Materiale</td></tr> <tr><td>di supporto solubile</td><td>Stratasys</td><td>SR-30</td><td>Materiale di supporto per uPrint Plus SE (Fase: Progettazione dello stampo e Produzione)</td></tr> <tr><td>Sigillante siliconico subacqueo, tubo da 2,8 once, Clear</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>7327A21</td><td>Silicone RTV per sigillare le fessure nelle linee di separazione degli stampi (fase: assemblaggio dello stampo)</td></tr> <tr><td>Tubi, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" spessore della parete, PVC Tygon ultra-resistente agli agenti chimici, Clear</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5046K11</td><td>Forma l'adattatore corridore/canale di colata tra stampo e siringa con elastomero (Fase: miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, adattatore, dritto, maschio a rotazione rapida (luer lock) X 1/8" Tube Barb, nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K123</td><td>Collegare il corridore/canale di colata tra lo stampo e la siringa con l'elastomero (Fase: miscelazione dell'elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, adattatore, diritto, femmina a rotazione rapida (Luer lock) X 1/8" Tubo Barb, Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K213</td><td>Collegare il corridore/canale di colata tra lo stampo e la siringa con l'elastomero (Passo: Miscelazione dell'elastomero</td></tr><tr><td>)Cappuccio, femmina a rotazione rapida (Luer lock), Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K315</td><td>Tappo per evitare che il silicone fuoriesca dallo stampo dopo l'iniezione (Fase: miscelazione dell'elastomero)</td></tr><tr><td>Gomma siliconica liquida (LSR) 30 - 10:1, Grado di impianto</td><td>Applied Silicone Corporation</td><td>PN40029</td><td>Sostituire con l'elastomero di vostra scelta. Questo è quello utilizzato per la sonda intravaginale (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Siringhe (BD), 1 ml Slip-Tip, non sterili pulite, sfuse</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-00</td><td>Siringhe per il trasferimento di materiale elastomerico (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Siringhe (BD), 1 ml Slip-Tip, non sterili pulite, sfuse</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-04</td><td>Siringhe per il trasferimento di materiale elastomerico (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Siringa, 20 ml, foro aperto, stantuffo ad anello solido e impugnatura</td><td>Qosina Corporation</td><td>C1200</td><td>Siringhe per il trasferimento di materiale elastomerico. Il foro aperto viene utilizzato per elastomeri molto viscosi. (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Ago (BD), Pulizia non sterile con schermi, 18 G x 1,5" Lg., Acciaio inossidabile, BD Bulk</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-76</td><td>Utilizzato per rimuovere la colonna d'aria tra lo stantuffo della siringa e l'elastomero (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Tazze di plastica, 12 Oz., Clear</td><td>Safeway</td><td>N/A</td><td>Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Sacchetto in polietilene, aperto, piatto, 5" di larghezza x 6" di altezza, 2-MIL Thk.</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>1928T68</td><td>Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (fase: miscelazione dell'elastomero</td></tr><tr><td>) Elastico, senza lattice, arancione, misura 64, 3-1/2" L x 1/4" W</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>12205T96</td><td>Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (fase: miscelazione dell'elastomero)</td></tr> <tr><td>Parafilm Wrap, 4" W</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>Utilizzato per la miscelazione del silicone nel miscelatore THINKY (Fase: Miscelazione di elastomeri)</td></tr><tr><td>Serbatoi siringa con tappi, Luer Lock, azionamento pneumatico,&nbsp; 50 ml</td><td>Soluzioni EWD</td><td>JEN-JG50A-15</td><td>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)</td></tr><tr><td>Nastro sigillante, filettatura del tubo, 50' Lg x 1/4" W, 0,0028" Thk, 0,5 G/CC Peso specifico</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4591K11</td><td>Nastro in teflon per guarnizioni ermetiche intorno alle filettature (Fase: Iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Lame per bisturi, monouso, n. 22</td><td>VWR</td><td>21909-646</td><td>Utilizzato per il taglio di tubi e la sformatura (Fase: Polimerizzazione e sformatura Sformatura)</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>VWR</td><td>21903-005</td><td>&nbsp;( Fase: Polimerizzazione & Sformatura)</td></tr><tr><td>2-Propanolo, J. T. Baker</td><td>VWR</td><td>JT9334-3</td><td>&nbsp;( Fase: Polimerizzazione & Sformatura)</td></tr><tr><td>uPrint Plus SE Stampante 3D</td><td>Stratasys</td><td>uPrint Plus SE</td><td>È possibile utilizzare altre stampanti 3D (Passaggio: Progettazione di stampi e Produzione)</td></tr><tr><td>Vite, cappuccio, testa esagonale,&nbsp; 1/4"-28, 2-1/2" Lg, 18-8 Acciaio inossidabile</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>92198A115</td><td>Viti utilizzate con dadi per comprimere lo stampo (Fase: Assemblaggio stampo)</td></tr><tr><td>Dado, esagonale, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Altezza, 18-8 Acciaio inossidabile&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>91845A105</td><td>Viti utilizzate con dadi per comprimere lo stampo (fase: assemblaggio dello stampo)</td></tr> <tr><td>Perno, completamente filettato, 1/4 "-28, 1" Lg, acciaio inossidabile 18-8</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>95412A567</td><td>Le barre filettate possono essere tagliate alla lunghezza desiderata e vengono utilizzate con nutes per comprimere lo stampo (Step: Assemblaggio stampo)</td></tr> <tr><td>Miscelatore centrifugo planetario</td><td>THINKY USA Inc.</td>I miscelatori <td>ARE-310</td><td>sono fortemente consigliati per la miscelazione fine e per ridurre il tempo di degasaggio, ma la miscelazione manuale va bene (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Bilancia da laboratorio</td><td>Mettler-Toledo International Inc.</td><td>EL602</td><td>&nbsp;( Fase: Miscelazione di elastomeri)</td></tr><tr><td>Contenitore sottovuoto essiccante, riutilizzabile,&nbsp; 10-3/4" OD</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>2204K7</td><td>Questo essiccatore viene utilizzato per il degasaggio dell'elastomero (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Adattatore miscelatore-tazza stampato in 3D N</td><td>/A</td><td>N/A</td><td>Modellato in Solidworks CAD e stampato in 3D (Fase: Miscelazione degli elastomeri)</td></tr><tr><td>Tubi, foro liscio, 1/4" ID, 1/2" OD, 1/8" spessore della parete, PVC Tygon ad alta purezza, Clear</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K51</td><td>Tubi all'esterno dell'essiccatore (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Tubi, foro liscio, 3/8" ID, 5/8" OD, 1/8" spessore della parete, PVC Tygon ad alta purezza, tubi trasparenti</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K52</td><td>per adattarsi all'alimentazione aria/vuoto (Step: Iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, riduttore, dritto, aletta a vuoto 3/8" ID tubo X Bocchetta a vuoto 1/4" ID tubo, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K188</td><td>Adatta il tubo esterno all'essiccatore al tubo che porta all'alimentazione aria/vuoto (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Morsetto, tubo flessibile e ... Tubo, Worm-Drive, per tubo con diametro esterno da 7/32" a 5/8", 5/16" Wd., 316 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5011T141</td><td>Utilizzato su tubi per creare una tenuta a tenuta di aria/vuoto alle giunzioni (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Morsetto, tubo flessibile, vite senza fine a banda liscia, per tubo da 1/2" a 3/4" OD, 3/8" Wd., 304 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5574K13</td><td>Utilizzato su tubi per creare una tenuta a tenuta di aria/vuoto alle giunzioni (Passo: Iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, Tee, Vacuum Barb 1/4" Tubo ID, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K138</td><td>Giunzione a T tra vuoto, valvola a T a tre vie su essiccatore e valvola a L a tre vie (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, Tee, 1/4 NPT femmina X femmina X maschio, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>50785K222</td><td>Giunzione a T tra manometro, camera e valvola a L a tre vie (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Valvola, sfera, diritta, impugnatura a T, 1/4 NPT femmina x maschio, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4082T42</td><td>Valvola a L a tre vie (fase: iniezione di elastomero)</td></tr> <tr><td>Accoppiamento, adattatore, dritto, aletta a vuoto 1/4" ID tubo x 1/4 NPT maschio, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K132</td><td>Adattatore per valvola a L a tre vie per tubo (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Sega, foro, bimetallo. 1-3/8" OD, 1-1/2" profondità di taglio</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A25</td><td>Utilizzato per tagliare i fori nell'essiccatore per raccordi passanti (fase: iniezione di elastomero)</td></tr> <tr><td>Pergolato, sega da 9/16" a 1-3/16", 1/4" esagonale</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A76</td><td>Utilizzato per tagliare i fori nell'essiccatore per raccordi passanti (fase: iniezione di elastomero)</td></tr> <tr><td>Adattatore per albero per seghe a tazza da 1-1/4" attraverso 6" Dia</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A77</td><td>Utilizzato per praticare fori nell'essiccatore per raccordi passanti (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, dritto, passante, 1/2 NPT femmina, polipropilene</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>36895K141</td><td>Raccordi passanti che portano a manometri/vacuometri (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, adattatore, dritto, riducente,&nbsp; Boccola, esagonale, 1/2 NPT maschio x 1/4 NPT femmina, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4429K422</td><td>Riduzione del diametro del tubo all'interno dell'essiccatore per adattarsi al sistema di siringhe pneumatiche (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, adattatore, diritto, riducente, boccola, esagonale, 1/4 NPT maschio x 1/8 NPT femmina, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4757T91</td><td>Riduzione del diametro del tubo all'interno dell'essiccatore per adattarsi al sistema di siringhe ad aria compressa (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Accoppiamento, adattatore, diritto, aletta a vuoto Tubo con diametro interno da 1/4" X 1/8 NPT femmina, ottone</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K124</td><td>Riduzione del diametro del tubo all'interno dell'essiccatore per adattarsi al sistema di siringhe ad aria compressa (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Adattatori per siringhe, ad aria, 30/50 ml</td><td>Soluzioni EWD</td><td>JEN-JG30A-X6</td><td>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)</td></tr><tr><td>Manometro, Vuoto a doppia scala, Quadrante 2-1/2", 1/4 NPT Maschio, Connettore inferiore, 30" Hg-0, Custodia in acciaio</td><td>Vacuometro McMaster-Carr Supply Company</td><td>4002K11</td><td>(Fase: Iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>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</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4004K616</td><td>Manometro che porta al sistema di siringhe pneumatiche (fase: iniezione di elastomero)</td></tr><tr><td>Forno, Vuoto, Isotemp, Economia&nbsp;</td>È possibile utilizzare il forno standard non sottovuoto <td>Fisher Scientific</td><td>280A</td><td>(Fase: Polimerizzazione e Sformatura)</td></tr><tr><td>Solidworks CAD</td><td>Dassault Syst&egrave; Abbonamento mes</td><td>Solidworks Research Altri</td><td>software CAD possono essere utilizzati per la progettazione di stampi e stampi (Fase: Progettazione di stampi e Produzione)</td></tr></tbody></table>

rapida e basso costo prototipazione di dispositivi medici che usano 3d stampo stampato per stampaggio ad iniezione liquid

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

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.

Lo stampo e la sonda intravaginale nelle figure 14 e 15 dimostra risultati rappresentativi della procedura presentata in questo articolo. <img alt="Figura 14" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig14highres.jpg" width="500" /> Figura 14. Mold completamente montato. Stampo per dispositivo sonda intravaginale completamente assemblato. <p class="jove_content" fo:keep-together....

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.

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

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

L'obiettivo generale di questa procedura è creare un dispositivo in elastomero liquido con una geometria personalizzata utilizzando pezzi di stampo stampati in 3D. Questo risultato si ottiene innanzitutto progettando la geometria desiderata dello stampo mediante un software CAD e stampando in 3D i pezzi dello stampo. Il secondo passaggio consiste nell'assemblare i pezzi dello stampo per formare uno stampo completo, preparare l'elastomero liquido e iniettarlo nella cavità dello stampo.L'ultimo passaggio consiste nella polimerizzazione dell'elastomero liquido e nella rimozione del dispositivo risultante dallo stampo. In definitiva, questa tecnica consente una rapida creazione di dispositivi medici su piccola scala e a basso costo in un ambiente con risorse limitate, dove normalmente ciò sarebbe possibile solo in un contesto industriale o di produzione su larga scala. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto alla tradizionale stampatura ad iniezione di liquidi è che permette la realizzazione di dispositivi in elastomero in un ambiente accademico o con risorse limitate.È possibile utilizzare questa tecnica per creare dispositivi medici prototipali da impiegare in studi clinici al fine di valutare la fattibilità di nuove tecnologie mediche. La capacità di convalidare rapidamente nuovi dispositivi medici a basso costo e con un ciclo di iterazione rapido riduce drasticamente le barriere allo sviluppo dei dispositivi e alla dimostrazione della fattibilità. Il metodo che descriviamo specificamente consiste nell'inserire sensori elettrici e ottici in un dispositivo intravaginale progettato per esaminare i tessuti cervicali umani.Generalmente, le persone nuove a questa tecnica potrebbero inizialmente incontrare difficoltà a causa dei vincoli progettuali legati all'uso di materiali stampati in 3D e di più parti per creare uno stampo. Speriamo che la nostra dimostrazione di questa tecnica possa guidare eventuali futuri tentativi di progettare uno stampo ed eseguire i passaggi necessari per ottenere un dispositivo elastomerico desiderato. Il primo passo consiste nell'utilizzare un software di progettazione assistita da computer per creare un modello maestro dello stampo in scala.Qui in SolidWorks si trova il modello principale della sonda intravaginale. Presenta una struttura a forma di coppa a un'estremità e un manico in un file CAD separato. Estrarre un rettangolo in un prisma rettangolare, sufficientemente grande da racchiudere il modello principale dello stampo.Importare il file master dello stampo nel file contenente il prisma rettangolare. Allineare il master dello stampo in modo che sia centrato e completamente racchiuso all'interno del prisma. Combinare i file e utilizzare un'operazione di sottrazione per creare la cavità dello stampo.Successivamente, definire le parti dello stampo per creare una linea di divisione bilaterale. Iniziare nella vista piana laterale destra. Definire uno schizzo 2D rettangolare che si estende dalla base della struttura a forma di coppa fino alla sommità dell'impugnatura della sonda.Eseguire tagli nelle direzioni positive e negative dell'asse X. Questo produrrà parti dello stampo simmetriche bilateralmente per creare una linea di divisione radiale. Iniziare dalla vista piana laterale destra.Utilizzare uno schizzo 2D per creare una linea di divisione radialmente simmetrica che includa l'asse Y e attraversi le regioni interne della geometria simile a una coppa. Utilizzare un taglio per rivoluzione sullo schizzo per isolare una parte dello stampo radialmente simmetrica, necessaria a mantenere lo stampo unito. Definire fori passanti creando uno schizzo circolare 2D con dimensioni standard del foro di svasatura corrispondenti alla barra o alla vite da utilizzare.Applicare quindi la funzione di estrusione tagliata alla geometria. Vengono creati fori passanti sia verticali che orizzontali per vincolare completamente le parti 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 canale del componente A dell'elastomero verso la parte inferiore della cavità dello stampo.Inoltre, incorporare aperture per lo scarico dell'elastomero in eccesso dallo stampo. Isolare ogni pezzo dello stampo disattivando o attivando le funzionalità. A questo punto, salvare ogni pezzo dello stampo come file compatibile con la stampante 3D da utilizzare.Una volta terminato, caricare i file nella stampante 3D e attendere circa un giorno per completare la stampa di questo stampo e configurazione. Dopo che la stampa è terminata e i pezzi sono stati puliti, il passo successivo è l'assemblaggio. Unire i pezzi dello stampo insieme a tutti i componenti che verranno sovramodellati. Qui.I componenti sovstampati sono tubi in acciaio inossidabile ed elementi elettronici. Per questo stampo, inserire delle barre filettate in alcuni fori passanti e mantenerle in posizione con due dadi bloccati a un'estremità, in modo da creare un sostegno durante l'aggiunta di un pezzo; accertarsi sempre di allineare correttamente i fori passanti. Una volta completato lo stampo, inserire le rimanenti viti e barre e fissare tutte le estremità delle barre con dei dadi.Successivamente, prepararsi a creare un canale verso l'ingresso dello stampo. Utilizzare un adattatore da barbato a innesto maschio con bloccaggio. Inserirlo nell'ingresso della cavità dello stampo.Assicurarsi che l'accoppiamento sia stretto. Prendere circa dieci centimetri di tubo in silicone con adattatori a barbetta da maschio a femmina. Collegare a ciascuna estremità, quindi connettere questo tubo all'adattatore e al canale di ingresso della cavità dello stampo.Dopo aver completato questo passaggio, occorre preparare la camera di iniezione. Procedere con la miscelazione dell'elastomero. Dopo aver preparato la camera di iniezione, utilizzare il volume dello stampo per determinare le quantità necessarie dei componenti dell'elastomero, parte A e B. Preparare quindi un bicchiere di plastica monouso, un sacchetto di plastica e alcuni elastici.Posizionare un contenitore di plastica su una bilancia e tararla. Versare le quantità richieste della parte A e della parte B nel bicchiere. Qui vengono aggiunti anche i masterbatch colorati.Sigillare l'apertura del bicchiere coprendola con un sacchetto di plastica. Fissare il sacchetto con tre o quattro fascette di gomma. Successivamente, posizionare il bicchiere in un miscelatore centrifugo e mescolare per due minuti per garantire un'omogeneizzazione completa, e per un ulteriore minuto o due sulla modalità DGAs.Nel frattempo, per preparare la siringa per l'iniezione dell'elastomero, iniziare con una siringa da 50 millilitri dotata di attacco maschio a baionetta. Utilizzare un tappo femmina a baionetta per sigillare il fondo. Quindi fissare il sigillo con pellicola adesiva e un elastico.Recuperare l'elastomero e trasferirlo dal bicchiere di plastica nella siringa da 50 millilitri. Prima di inserire lo stantuffo, posizionare un ago sulla siringa per evitare di intrappolare aria all'interno. Posizionare l'ago con la punta rivolta verso il basso lungo la parete della siringa senza toccare l'elastomero.Quindi inserire lo stantuffo della siringa nella siringa fino a quando non vi è alcuna colonna d'aria visibile tra lo stantuffo e l'elastomero. Il passaggio successivo consiste nell'iniettare l'elastomero nello stampo. Rimuovere il cappuccio femmina dalla siringa contenente l'elastomero preparato e collegare l'estremità maschio della siringa con attacco a baionetta esposta all'adattatore femmina che conduce al canale dello stampo assemblato.L'assemblaggio è ora pronto per la camera di iniezione. Fissare l'adattatore della siringa azionato ad aria sul retro della siringa, posizionando sia lo stampo che la siringa nelle rispettive posizioni. Coprire la camera di iniezione e assicurarsi che si formi una tenuta ermetica.Questa è la rappresentazione schematica del sistema. Dopo aver coperto la camera di iniezione, il passo successivo consiste nell'isolare la camera e verificare che la fonte di vuoto sia in continuità con la camera e con lo stantuffo della siringa. Quindi, creare lentamente il vuoto fino a raggiungere circa -14,5 PSI.Mantenere questa pressione e interrompere la continuità tra la fonte di vuoto e lo stantuffo della siringa, stabilendo al contempo un collegamento con la fornitura di aria positiva. Aumentare gradualmente la pressione positiva dalla fornitura di aria fino a raggiungere almeno 25-35 PSI. Dopo alcuni secondi, attendere che lo stantuffo della siringa abbia raggiunto il fondo della siringa prima di riportare il sistema alla pressione atmosferica.Una volta recuperato lo stampo, staccare i tubi dal canale dello stampo. Posizionare un tappo di chiusura femmina sull'adattatore maschio per impedire il flusso dell'elastomero. Per la polimerizzazione.Posizionare lo stampo in un forno a temperatura controllata. Nel video, il dispositivo viene polimerizzato a 70 gradi Celsius per cinque ore. Al termine del tempo di polimerizzazione, rimuovere lo stampo dal forno e lasciare raffreddare il dispositivo a temperatura ambiente.Quindi sformare il dispositivo a morsetto. Questo strumento di grado medico è stato completato in circa due giorni, inclusa la stampa dei pezzi dello stampo. Una vista della regione simile a una coppa mostra sei elettrodi e l'estremità del connettore per una sonda a fibra ottica.Tutte le caratteristiche in overmolding presentano, sul retro, l'ingresso per la sonda in fibra ottica e un cavo USB per gli elettrodi. Con questa tecnica, abbiamo prodotto oltre 40 dispositivi di sonda intravaginale per la raccolta di 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 con attenzione lo stampo, scegliendo accuratamente le linee di divisione e i fori passanti. Lo stampo completamente assemblato è vincolato sia linearmente che rotazionalmente, consentendo al contempo una facile rimozione del dispositivo completamente polimerizzato. Una volta acquisita la padronanza, questa tecnica può richiedere alcune ore o un giorno, a seconda della geometria specifica o della complessità del dispositivo elastomerico desiderato.Abbiamo dimostrato che questo è un metodo praticabile per sviluppare prototipi di dispositivi medici terapeutici e diagnostici, ma la procedura può essere applicata allo sviluppo di dispositivi elastomerici e a numerose altre applicazioni.

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