Name: 액상 사출 성형을위한 3D 인쇄 금형을 사용하여 의료 기기의 신속하고 저렴한 프로토 타이핑 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 43 s
Description: 학습하세요 3D 인쇄 금형을 이용한 액상 엘라스토머 사출 성형 기법으로 의료 기기를 신속하고 저렴하게 제작하는 방법입니다. 이 기술은 자원이 제한된 환경에서도 맞춤형 의료 장치를 개발할 수 있게 합니다.

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저자는 장치 및 금형 설계에 대한 지적 기여를 한 임성원과 이 프로세스를 사용하여 질 내 실리콘 프로브를 만든 Jambu Jambulingam과 Rebecca Grossman-Kahn에게 감사를 표합니다. 이 작업은 빌 & 멜린다 게이츠 재단(Bill and Melinda Gates Foundation), 보다폰 아메리카 재단(Vodafone Americas Foundation) 및 FDA(2P50FD003793)의 지원을 받고 있습니다.

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저자의 아무도는이 문서에 설명 된 작업에 대한 어떤 경쟁 금전적 이해 관계가 없습니다.

설명 된 모든 단계를주의 금형 설계 성공에 가장 중요합니다. 금형 마스터는 최종 장치에 동일한 외부 형상과 단단한 몸으로 만들어야합니다. 이러한 형상은 어떤 물질로 인해 선택 엘라스토머 수축뿐만 아니라 3D 프린터의 해상도와 공차를 고려하여 조정되어야한다. 금형의 파팅 라인과 관통 구멍 실을 꿴 막대와 나사의 배치가 서로에 의존한다. 파팅 라인을 추가하면 금형 집회의 자유의 선형 및 회전 각도를 증가시킨다. 관통 구멍과 실을 꿴 막대와 나사 자유의이 같은 학위를 제한하는 역할을합니다. 몰드가 완전히 조립 될 때 구속 나사로드와 나사를 제거한 완전히 경화 된 탄성 장치의 제거를 가능하게하면서, 모든 자유 도로 선형 및 회전을 제한하도록 설계되어야한다. 경화 된 엘라스토머는 합리적으로 탄성 변형 가능한 경우, 분리선은 t를 정의 할 수있다모자의 기능을 완전히 치료 장치는 금형 조각 밖으로 밀거나 당길 수 있습니다 약간 이후 오버행 서로. 오버 몰딩 요소가 요구된다면, 금형 설계는 완전히 조립 몰드에서 오버 몰드 부품의 이동을 제한...

(또한 반응 사출 성형으로 알려진) 액체 사출 성형 (LIM)는 종종 열경화성 탄성체의 탄성 장치를 제조하는 데 사용하지만, 높은 공구 및 장비 비용은 선행 자본 투자 1의 큰 거래를 필요로한다. 또한, LIM은 복잡한 형상과 오버 몰딩에 대한 요구 사항을 케이스에서 구현이 기술적으로 어렵고 비용이 많이들 수 있습니다. 그 결과, 매우 낮은 볼륨 또는 종종 반복적 개정 발생 초기 디바이스 설계 전통적인 LIM을 사용하는 것이 일반적으로 비실용적이다. 사출 성형 엘라스토머 재료에 대한 일반적인 절차는 전문 성형기구 (2)를 이용 금형에 150 psi의 주위 압력에서 액체 모노머를 주입하는 것을 포함한다. 온도 및 압력은 층류 흐름을 보장하고 몰드 (3)에 포획되는 공기를 방지하도록 제어된다. 원료는 일반적으로 백금 경화형 실리콘, T와 같은 두 부분으로 치료 시스템입니다모자는 주사 전에 별도의 온도 조절 실에 보관됩니다. 원료의 두 ​​성분은 이후 몰드 캐비티에 공급되는 고압 혼합 챔버로 펌핑된다. 경화 촉매의 존재 하에서뿐만 아니라, 주변의 온도를 150 ~ 200 ° C (4)에 의해 달성된다. 금형은 일반적으로 가장자리 3,5 이별 주위에 좋은 물개를 만드는 정밀한 공차로 강철 또는 알루미늄에서 기계로 가공된다. 불행하게도,이 과정은 일반적으로 큰 규모의 제조 주어진 높은 금형 금형 비용뿐만 아니라 전문적인 주입 및 피드백 제어 시스템에 대한 요구 사항에 더 적합합니다. 폴리 우레탄 (PU) 부분의 신속한 프로토 타입의 경우, 몰드 마스터를 생성하고 실리콘 고무 몰드 6,7 생산 조형 (SLA)를 사용하는 것이 가능하다. 이 오버 몰드 부품의 정확한 정렬을 달성하기 어렵 기 때문에, 실리콘이에 의해 그러나,이 기술은 오버 몰딩에 적합하지 않다아닌 견고한 구조를 설계. 또한, 이러한 함입 또는 속을 비게 한 밖으로 섹션 등의 복잡한 형상을 가진 장치의 생산은 어렵거나 불가능하다. 복잡하고 정밀한 금형의 파팅 라인과 견고한 얇은 요소에 대한 요구 사항은 더 자주 못하는 것보다 액체 고무 성형 공정과 호환되지 않습니다. 상기 생산 규모 또는 말기 프로토 타입 프로세스는 종종 대학 실험실에서 자주의 경우와 같이 몇 가지 장치가 개념 증명 인간 연구의 타당성에 대해 생성 될 필요가있는 초기 단계의 의료 기기 개발을위한 실용적이다 시동 회사의 환경. 대안의 부족은 종종 심지어 초기 단계의 개발은 추가 금액이 발생하는 동안 장치의 기능을 제한하거나 보류 개발을 넣어 많은 장치 개발자를 필요로하는, 높은 비용이 발생할 것이라는 점을 의미한다. 이 의료 기기의 재 큰 분획시기 개발 프로세스의 극적인 둔화에 기여<html> 복잡한 기능의 첩의 구현입니다. 그것은 개념 증명 데이터가 자주 아직 확립되어 있지 않기 때문에 이러한 장치의 비용이 많이 드는 개발 자금도 어렵다. 우리는 지정된 자궁 형상에 적합하도록 컵과 같은 팁을 요구 오버 몰딩, 전기 및 광학 센서와 실리콘 질내 프로브의 개발을 포함이 실험실 내에서 최근의 프로젝트에서이 장애물을 발견했습니다. 이 문서에서 설명하는 프로세스는이 악순환을 회피하고 신속하게 증거의 개념 LIM 의료 기기에 도달하는 우리의 시도를 설명합니다. (1) 금형 설계 및 생산, (2) 금형 조립체 (3) 엘라스토머 혼합, (4) 엘라스토머 주입, 및 (5) 엘라스토머 경화 및 탈형도 1에 도시 된 기술은 5 주요 활동으로 LIM 공정을 해체. PG &quot;폭 =&quot;600 &quot;/&gt; (1A)의 컴퓨터 지원 설계 도구를 사용하여 주형을 만들고, (1B) 3D 금형 조각 인쇄, (2), 나사로드와 나사를 사용하여 금형 조각을 조립 (가 :.. 관련 프로토콜의도 1 프로토콜 개요 3) 액체 탄성 중합체를 혼합 및 주사기에 넣기, (4) 변형 된 건조기를 사용하여 금형에 액체 엘라스토머를 주입 (5A) 온도 제어 오븐에 엘라스토머를 경화하고 (도 5b)에서 경화 된 탄성 장치를 탈형 금형 조각. 금형 설계는 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어, 금형의 파팅 라인의 단단한 블록 정의에서 금형 마스터의 감산에 금형 마스터의 개발을 포함한다. 금형 조각을 만든 후 금형 캐비티에 위치 오버 몰딩 부품과 나사, 봉,와 너트를 사용하여 조립된다. 엘라스토머 믹스 인G는 재료의 잠재적 빈 공간을 제거하기 위해 원료 가스 제거의 파트 A와 파트 B를 결합하는 것을 포함한다. 다음에, 엘라스토머 사출 중합체 사슬의 화학적 가교 결합을 보장하기 위해 온도 제어 오븐에서 경화 엘라스토머이어서 주형 공동의 압력 구동 충전물을 포함한다. 다음 단계로 사출 성형 공정을 분해하면 저렴한 비용으로 대안에 찬성 전통적인 LIM 장비를 지내다하는 가능하게한다. 대신에, 금형 가공이나 금형 마스터로부터 실리콘 고무 몰드를 주조 예를 들어,이 원고에 기재된 프로토콜에서 만든 금형은 용융 증착 모델링 (FDM) 3D를 이용하여 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS)으로부터 플라스틱 만들어진 프린터 8,9. 금형 또는 SLA 형 건물에 비해, FDM은 일반적으로 저렴하고 빠른 과정입니다. 매우 복잡한 금형 자체 3D 프린터에 빠르게 인쇄 또는 싸게 많은 계약 차원 삭제 프린트 중 하나에 의해 제조 할 수있다사용 가능한 G 서비스를 제공합니다. 예를 들어, 복잡한 팔 조각 3D 인쇄 주형은 대표적인 결과 섹션에서 설명 질내 프로브를 캐스팅하는 데 사용하고,도 14 및도 15에 도시. 이 금형에 대한 모든 부분은 사내 3D 프린터에 약 1.5 일에 인쇄 할 수 있습니다. 간단 형에 대한 처리 시간은 몇 시간이 될 수 있습니다. 금형을 만들 FDM 3D 프린터를 사용하여 장치를 프로토 타입 필요한 시간의 전체 길이는 실리콘 고무 중 몰드 캐스팅 및 우레탄 제작품을 작성하는 데 필요한 시간과 유사하다. 그러나, 금형을 만들 FDM 3D 프린터를 사용하여 간단하게 실리콘 몰드를 사용하여 달성 될 수없는 여러 가지 허용 : (1) 많은 열경화성 탄성체 (2) 복잡한 형상, 3D 인쇄 곰팡이가 필요한 경화 온도를 견딜 수 제공 사용될 수있다 다양한 금형 조각 및 분리선의 사용으로 생성하고, 강성 몰드 피스 (3) 사용은 허용 할 수있는 정확하고 reproduci금형 캐비티 내에서 오버 몰딩 부품의 상상력 정렬. 대신 전통적인 LIM 믹싱 결합한 기계, 주입 및 경화를 이용하여, 그것은 균질 혼합 인젝션 변경됨 데시 케이, 및 경화를위한 표준 온도 제어 오븐을 위해 실험실 혼합기를 사용하는 것이 가능하다. 분사 시스템은 상용 컴포넌트를 사용하여 생성 및 혼합 된 엘라스토머로 채워진 주사기에 연결 데시 케이 터로 정압 공급 라인의 첨가를 수반 하였다. 벤치 톱 데시 챔버 가압은 일반적으로 챔버, 진공 공급 라인과 대기 사이의 삼방 밸브에 의해 제어된다. 개질 건조기는 주사기 플런저의 확대에 공급 정압 공급 라인을 추가한다. 이는 몰드 캐비티로 액체 재료 주입 충분 40-50 psi의 압력 차의 생성을 가능하게한다. 이 기술은 우리가 produ의 수오버 몰딩, 전기 및 광학 센서 CE 실리콘 질내 프로브는 임상 1 상 시험을위한 증거의 개념 데이터를 수집합니다. 실리콘 때문에 생물학적 불활성뿐만 아니라 10,11 방법의 다양한 살균 할 수있는 능력에 대한 필요성을 선택 하였다. 또한, 장치는 센서들이 경부와 인터페이스 위치한 프로브의 선단에 복잡하고 파격적인 컵형 형상을 요구했다. 설명 된 기술의 사용없이, 이러한 장치를 생산하기 위해 많은 비용과 긴 과정이었을 것이다. 실용 엘라스토머 장치를 설계하는 신속하고 반복적 인 접근법을 채택하게, 전통적인 LIM 공정에 비해 LIM 공정이 적응은 비용과 장비의 요구 사항을 감소시킨다.

<table><tbody><tr><td>ABS 모델 재료</td><td>Stratasys</td><td>P430</td><td>uPrint Plus SE용 모델 재료(단계: 금형 설계 및 생산)</td></tr><tr><td>수용성 서포트 재료</td><td>Stratasys</td><td>SR-30</td><td>uPrint Plus SE용 서포트 재료(단계: 금형 설계 및 생산)</td></tr><tr><td>수중 실리콘 실란트, 2.8 oz 튜브, 투명</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>7327A21</td><td>실리콘 RTV 금형 파팅 라인의 갭 밀봉 (단계 : 금형 조립)</td></tr><tr><td>튜빙, 1/8 "ID, 1/4"OD, 1/16 "벽 두께, 초 화학 내성 Tygon PVC, Clear</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5046K11</td><td>엘라스토머가있는 금형과 주사기 사이의 러너 / 스프루 어댑터 형성 (단계 : 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>커플 링, 어댑터, 스트레이트, 남성 퀵 턴 (루어 잠금) X 1/8 "튜브 바브, 나일론</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K123</td><td>엘라스토머로 금형과 주사기 사이에 러너 / 스프 루 연결 (단계 : 엘라스토머 혼합)</td></tr> <tr><td>커플 링, 어댑터, 스테이트, 암 퀵 턴 (루어 잠금) X 1/8 "튜브 바브, 나일론</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K213</td><td>엘라스토머로 금형과 주사기 사이에 러너 / 스프 루 연결 (단계 : 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>캡, 여성 퀵-턴 (루어 잠금), 나일론</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K315</td><td>사출 후 실리콘이 금형에서 누출되는 것을 방지하기 위한 캡 (단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>액체 실리콘 고무 (LSR) 30 - 10:1, 임플란트 등급</td><td>적용 실리콘 코퍼레이션</td><td>PN40029</td><td>선택한 엘라스토머로 대체합니다. 이것은 질 내 프로브에 사용되는 것입니다 (단계 : 엘라스토머 혼합)</td></tr> <tr><td>주사기 (BD), 1 ml 슬립 팁, 비 멸균 청소, 벌크</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-00</td><td>엘라스토머 재료 이송 용 주사기 (단계 : 엘라스토머 혼합)</td></tr> <tr><td>주사기 (BD), 1 ml 슬립 팁, 비 멸균 청소, 벌크</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-04</td><td>엘라스토머 재료 이송 용 주사기 (단계 : 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>주사기, 20 ml, 오픈 보어, 솔리드 링 플런저 및 그립</td><td>Qosina Corporation</td><td>C1200</td><td>엘라스토머 재료 전송을 위한 주사기.&nbsp; 개방형 보어는 점성이 매우 높은 엘라스토머에 사용됩니다. (단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>바늘 (BD), 비멸균 클린 쉴드, 18 G x 1.5" 길이, 스테인리스 스틸, BD 벌크</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-76</td><td>주사기 플런저와 엘라스토머 사이의 공기 기둥을 제거하는 데 사용됩니다 (단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>플라스틱 컵, 12 Oz., Clear</td><td>Safeway</td><td>N/A</td><td>THINKY 믹서에서 실리콘을 혼합하는 데 사용됩니다 (단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>폴리에틸렌 백, 오픈-탑, 평면, 5" 너비 x 6" 높이, 2-MIL 티에치케이.</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>1928T68</td><td>THINKY 믹서에서 실리콘을 혼합하는 데 사용됩니다(단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>고무 밴드, 라텍스 프리, 오렌지, 크기 64, 3-1/2" L x 1/4" W</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>12205T96</td><td>THINKY 믹서에서 실리콘을 혼합하는 데 사용됩니다(단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>파라필름 랩, 4" W</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>THINKY 믹서에서 실리콘을 혼합하는 데 사용됩니다(단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>스토퍼가 있는 주사기 배럴, 루어 잠금, 공기 작동식,&nbsp; 50 ml</td><td>EWD 솔루션</td><td>JEN-JG50A-15</td> 엘<td>라스토머가 덜 필요한 경우 더 작은 주사기를 사용할 수 있지만, 주입 챔버의 공기 작동 주사기 어댑터와 호환되는지 확인하십시오 (단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr>밀봉 <tr><td>테이프, 파이프 나사, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0.5 G/CC 비중</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4591K11</td><td>스레드 주위의 기밀 밀봉용 테프론 테이프 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr> <tr><td>메스 블레이드, 일회용, No. 22</td><td>VWR</td><td>21909-646</td><td>튜브 절단 및 탈형에 사용(단계: 경화 및 ... Demolding)</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>VWR</td><td>21903-005</td><td>&nbsp;( 단계: 치료 & 탈형)</td></tr><tr><td>2-프로판올, J. T. 베이커</td><td>VWR</td><td>JT9334-3</td><td>&nbsp;( 단계: 치료 & 탈형)</td></tr><tr><td>uPrint Plus SE 3D 프린터</td><td>Stratasys</td><td>uPrint Plus SE</td><td>다른 3D 프린터를 사용할 수 있습니다(단계: 금형 설계 및 생산)</td></tr><tr><td>나사, 캡, 육각 머리,&nbsp; 1/4"-28 , 2-1/2" Lg, 18-8 스테인리스 스틸</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>92198A115</td><td>너트와 함께 금형을 압축하는 데 사용되는 나사 (단계: 금형 조립)</td></tr><tr><td>너트, 육각, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" 높이, 18-8 스테인리스 스틸&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>91845A105</td><td>너트와 함께 사용되는 나사는 금형을 압축합니다 (단계: 금형 조립체)</td></tr><tr><td>스터드, 완전히 나사식, 1/4"-28, 1" Lg, 18-8 스테인리스 스틸&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>95412A567</td><td>나사산 막대는 원하는 길이로 절단할 수 있으며 너트와 함께 사용하여 금형을 압축합니다(단계: 금형 조립)</td></tr><tr><td>행성 원심 믹서</td><td>THINKY USA Inc.</td><td>ARE-310</td><td>믹서는 미세 혼합과 탈기 시간 단축을 위해 강력히 권장되지만 수동 혼합은 괜찮습니다(단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>Laboratory Weigh Scale</td><td>Mettler-Toledo International Inc.</td><td>EL602</td><td>&nbsp;( 단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>흡착식 진공 캐니스터, 재사용 가능,&nbsp; 10-3/4" OD</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>2204K7</td><td>이 데시케이터는 엘라스토머의 가스를 제거하는 데 사용됩니다(단계: 엘라스토머 혼합)</td></tr><tr><td>맞춤형 3D 인쇄 믹서-컵 어댑터</td><td>해당 없음</td><td>Solidworks CAD 및 3D 인쇄로 모델링된 해당 없음 (단계: 엘라스토머 혼합)</td><td></td></tr><tr><td>튜빙, 스무스 보어, 1/4 "ID, 1/2"OD, 1/8 "벽 두께, 고순도 Tygon PVC, 투명</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K51</td><td>데시케이터 외부 튜빙 (단계 : 엘라스토머 주입)</td></tr> <tr><td>튜빙, 스무스 보어, 3/8 "ID, 5/8"OD, 1/8 "벽 두께, 고순도 Tygon PVC, 투명</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K52</td><td>튜빙 공기 / 진공 공급에 적응 (단계 : 엘라스토머 주입)</td></tr> <tr><td>커플 링, 감속기, 스트레이트, 진공 미늘 3/8 "튜브 ID X 진공 미늘 1/4"튜브 ID, 황동</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K188</td><td>공기 / 진공 공급으로 이어지는 튜브에 데시케이터 외부의 튜빙 적용 (단계 : 엘라스토머 주입)</td></tr> <tr><td>클램프, 호스 & 튜브, 웜 드라이브, 7/32" - 5/8" OD 튜브, 5/16" Wd., 316 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5011T141</td><td>접합부에서 공기/진공 밀봉을 생성하기 위해 튜빙에 사용(단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>클램프, 호스, 스무스 밴드 웜 드라이브, 1/2" - 3/4" OD 튜브, 3/8" Wd., 304 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5574K13</td><td>접합부에서 공기/진공 밀봉을 생성하기 위해 튜빙에 사용(단계: 엘라스토머 주입)</td></tr> <tr><td>커플 링, 티, 진공 미늘 1/4 "튜브 ID, 황동</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K138</td><td>진공, 데시케이터의 3 방향 T 밸브 및 3 방향 L 밸브 사이의 티 접합 (단계 : 엘라스토머 주입)</td></tr> <tr><td>커플 링, 티, 1/4 NPT 암 X 여성 X 남성, 황동</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>50785K222</td><td>압력계, 챔버 및 3 방향 L- 밸브 사이의 티 접합 (단계 : 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>밸브, 볼, 스트레이트, T-핸들, 1/4 NPT 여성 X 남성, 황동</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4082T42</td><td>삼방향 L-밸브 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>커플링, 어댑터, 직선, 진공 바브 1/4" ID 튜브 X 1/4 NPT 남성, 황동</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K132</td><td>어댑터, 삼방향 L-밸브-튜빙 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>용 톱, 구멍, 바이메탈. 1-3/8" OD, 1-1/2" 절단 깊이</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A25</td><td>스루월 피팅용 데시케이터의 구멍을 자르는 데 사용 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>아버, 9/16"에서 1-3/16" 톱, 1/4" 육각</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A76</td><td>스루월 피팅용 데시케이터의 구멍을 자르는 데 사용 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>1-1/4"에서 6" Dia 홀 톱용 아버 어댑터</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A77</td><td>스루월 피팅 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>커플링, 스트레이트, 스루-월, 1/2 NPT 여성, 폴리프로필렌</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>36895K141</td><td>스루월 피팅이 압력/진공 게이지로 이어짐 (스텝: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>커플링, 어댑터, 스트레이트, 감소,&nbsp; 부싱, 육각, 1/2 NPT 남성 x 1/4 NPT 여성, 황동</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4429K422</td><td>공기 작동식 주사기 시스템(단계: 엘라스토머 주입)에 적응하기 위해 데시케이터 내부의 튜브 직경 감소커플링</td></tr><tr><td>, 어댑터, 스트레이트, 감소, 부싱, 육각, 1/4 NPT 남성 x 1/8 NPT 여성, 황동</td><td>McMaster-Carr 공급 회사</td><td>4757T91</td><td>공기 작동식 주사기 시스템에 적응하기 위해 데시케이터 내부의 튜브 직경 감소(단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>커플링, 어댑터, 스트레이트, 진공 미늘 1/4" ID 튜브 X 1/8 NPT 암, 황동</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K124</td><td>공기 작동식 주사기 시스템에 적응하기 위해 데시케이터 내부의 튜브 직경 감소(단계: 엘라스토머 주입)</td></tr>주<tr><td>사기 어댑터, 공기 작동식, 30/50ml</td><td>EWD 솔루션</td><td>JEN-JG30A-X6</td><td>데시케이터 내부에 있는 공기 작동식 주사기 어댑터; 엘라스토머를 고정하는 데 사용되는 주사기와 호환되어야 합니다 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>게이지, 듀얼 스케일 진공, 2-1/2" 다이얼, 1/4 NPT 남성, 하단 커넥터, 30" Hg-0, 스틸 케이스</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4002K11</td><td>진공 게이지 (단계: 엘라스토머 주입)</td></tr><tr><td>게이지, 듀얼 스케일 진공 및 복합체, 3-1/2" 다이얼, 1/4 NPT 남성, 중앙 백, 30" Hg-0, 100 PSI, 스틸 케이스</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4004K616</td><td>공기 작동식 주사기 시스템으로 이어지는 압력계 (Step: Elastomer Injection)</td></tr><tr><td>오븐, 진공, Isotemp, 경제&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>280A</td><td>표준 비진공 오븐을 사용할 수 있습니다(단계: 경화 및 Demolding)Solidworks</td></tr> <tr><td>CAD</td><td>Dassault Syst&egrave; mes</td><td>Solidworks Research Subscription</td><td>기타 CAD 소프트웨어는 금형 마스터 및 금형 설계에 사용할 수 있습니다(단계: 금형 설계 및 생산)</td></tr></tbody></table>

액상 사출 성형을위한 3d 인쇄 금형을 사용하여 의료 기기의 신속하고 저렴한 프로토 타이핑

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

예컨대 실리콘 등의 생물학적으로 불활성 엘라스토머는 의료 장치의 제조에 유리한 물질뿐만 성형 및 전통적인 액체 사출 성형 공정을 사용하여 이러한 탄성체를 경화하기 때문에 금형 및 장비 비용이 비싼 과정이 될 수있다. 그 결과, 전통적으로 저가, 쾌속 조형 애플리케이션 용 액상 사출 성형을 사용하는 것이 실용적이다. 우리는 금형 설계 및 분사 시스템으로 변경됨 데시위한 융착 모델링 3D 프린터를 이용하는 액체 엘라스토머 사출 성형 장치의 신속하고 저렴한 제조 방법을 고안했다. 낮은 비용과이 기술의 빠른 처리 시간은 반복적으로 설계 및 복합 탄성 장치를 프로토 타입하기 위해 장벽을 낮 춥니 다. 또한,이 과정에서 개발 CAD 모델 저장 전통적인 사출 성형 공정으로 쉽게 전환 할 수 있도록, 금형의 금형 설계에 적용될 수있다. 우리는 intravag 제조에이 기술을 사용하고 있습니다학술 연구 실험실에서 일반적으로 사용되는 도구를 사용하여, 복잡한 형상뿐만 아니라 금속 부품에 오버 몰딩을 포함하는 원고 판 프로브. 그러나,이 방법은 쉽게 많은 다른 응용을위한 액체 주입 몰딩 디바이스를 생성하도록 구성 될 수있다.

그림 14과 15 형 및 질내 프로브는이 문서에 나와있는 절차의 대표적인 결과를 보여줍니다. <img alt="그림 14" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig14highres.jpg" width="500" /> 그림 14. 완벽하게 조립 금형. 완전 질내 프로브 장치의 금형을 조립. <img alt="그림 15" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig15highres.jpg" width="500" /> 장치 같은 장치. B) 측면보기의 컵 모양...

우리는 액체 분사 장치로 금형 설계 및 개질 데시위한 융착 모델링 3D 프린터를 사용하여 저가 및 액체 엘라스토머 고무 사출 성형 장치의 쾌속 조형을위한 방법을 고안했다.

액상 사출 성형을위한 3D 인쇄 금형을 사용하여 의료 기기의 신속하고 저렴한 프로토 타이핑

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

이 절차의 전반적인 목표는 3D 프린팅된 몰드 조각을 사용하여 맞춤형 기하학적 구조를 가진 액상 엘라스토머 장치를 제작하는 것입니다. 이는 먼저 CAD 소프트웨어에서 원하는 몰드 구조를 설계하고 몰드 조각을 3D 프린팅함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 몰드 조각들을 조립하여 전체 몰드를 완성한 다음, 준비된 액상 엘라스토머를 몰드 공동 내에 주입하는 것입니다.마지막 단계는 액상 엘라스토머를 경화시키고 결과물인 장치를 몰드에서 분리하는 것입니다. 궁극적으로, 이 기술은 일반적으로 산업 현장이나 대규모 제조 시설에서만 가능했던 소형 및 저비용 의료 장치를 자원이 제한된 환경에서도 신속하게 제작할 수 있게 해줍니다. 기존의 액상 사출 성형 방식과 비교했을 때 이 기술의 주된 장점은 자원이 제한된 환경이나 학계에서도 엘라스토머 장치를 제작할 수 있다는 점입니다.이 기술을 사용하여 새로운 의료 기술의 타당성을 평가하는 임상 연구용 프로토타입 의료 기기를 제작할 수 있습니다. 저렴한 비용과 빠른 반복 주기로 새로운 의료 기기를 신속하게 검증할 수 있는 능력은 기기 개발 및 개념 증명의 장벽을 획기적으로 낮춰줍니다. 본 연구에서 구체적으로 다루는 방법은 인간의 자궁경부 조직을 스캔하도록 설계된 질 내 프로브 기기에 전기 및 광학 센서를 내장하는 것입니다.일반적으로 이 기술을 처음 접하는 사용자는 3D 프린팅 재료를 사용하고 여러 개의 몰드 조각으로 몰드를 제작해야 하는 설계상의 제약으로 인해 처음에는 어려움을 겪을 수 있습니다. 본 기술에 대한 시연이 향후 몰드를 설계하고 원하는 엘라스토머 장치를 제작하는 데 필요한 단계를 수행하는 과정에서 유용한 지침이 되기를 바랍니다. 첫 번째 단계는 컴퓨터 보조 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하여 실제 크기의 몰드 마스터를 설계하는 것입니다.여기 SolidWorks에 질 내 프로브 마스터가 있습니다. 한쪽 끝에는 컵 모양의 구조가 있으며, 핸들은 별도의 CAD 파일로 되어 있습니다. 몰드 마스터를 감쌀 수 있을 만큼 충분한 크기의 직사각형을 돌출시켜 직육면체를 만드십시오.몰드 마스터 파일을 직육면체가 포함된 파일로 가져옵니다. 몰드 마스터가 직육면체 내부에 중앙에 위치하고 완전히 둘러싸이도록 정렬합니다. 파일들을 결합한 후, 차집합(subtraction) 연산을 사용하여 몰드 공동을 생성합니다.다음으로, 양방향 파팅 라인을 생성하기 위해 몰드의 조각들을 정의합니다. 우측 평면도에서 시작하십시오. 컵 모양 구조의 바닥부터 프로브 핸들의 상단까지 연장되는 직사각형 2D 스케치를 정의합니다.양의 X 방향과 음의 X 방향으로 절단을 수행합니다. 이렇게 하면 방사형 파팅 라인을 생성하기 위한 양측 대칭 몰드 부품이 만들어집니다. 오른쪽 평면도에서 시작하십시오.2D 스케치를 사용하여 Y축을 포함하며 컵 모양 기하학적 구조의 내부 영역을 통과하는 방사 대칭 파팅 라인을 생성하십시오. 스케치에 회전 컷을 적용하여 금형을 고정하기 위한 방사 대칭 금형 부품을 분리하십시오. 사용할 로드 또는 나사에 해당하는 표준 간극 구멍 크기의 원형 2D 스케치를 정의하여 관통 구멍을 지정하십시오.그런 다음 스케치에 돌출 컷 기능을 적용합니다. 금형 조각들을 완전히 고정하기 위해 수직 및 수평 관통 구멍을 모두 생성합니다. 관통 구멍의 모든 파팅 라인을 정의한 후, 동일한 절차를 사용하여 금형 캐비티 바닥 방향으로 엘라스토머 A 게이트의 진입점을 정의합니다.또한, 과잉 엘라스토머가 몰드에서 배출될 수 있도록 환기구를 포함하십시오. 억제 또는 억제되지 않은 기능을 사용하여 각 몰드 조각을 분리하십시오. 이제 각 몰드 조각을 사용할 3D 프린터와 호환되는 파일로 저장하십시오.완료되면 파일을 3D 프린터에 로드하고, 이 몰드와 설정의 경우 약 하루 정도 출력이 완료될 때까지 기다립니다. 출력이 끝나고 부품들이 세척되면 다음 단계로 조립을 진행합니다. 몰드 조각들과 오버몰딩될 모든 구성 요소들을 한데 모읍니다.오버몰딩 구성 요소는 스테인리스강 튜브와 전자 부품입니다. 이 몰드의 경우, 일부 관통 구멍에 나사산 로드를 배치하고 한쪽 끝에 두 개의 잼 너트를 체결하여 고정함으로써 부품을 추가할 때 지지대 역할을 하도록 하며, 이때 항상 관통 구멍이 정렬되었는지 확인하십시오. 몰드가 완성되면 나머지 나사와 로드를 제자리에 배치하고 모든 로드 끝을 너트로 고정하십시오.다음으로, 몰드 게이트에 채널을 생성할 준비를 합니다. 바브형 수컷 루어 락 어댑터를 사용하십시오. 이를 몰드 캐비티의 게이트에 삽입합니다.단단히 밀착되었는지 확인하십시오. 바브(barb)와 암컷 루어 락(female lure lock) 어댑터가 달린 실리콘 튜브 약 4인치를 준비합니다. 양 끝에 어댑터를 부착하고, 이 튜브를 어댑터와 몰드 캐비티 게이트에 연결하십시오.이 단계가 완료되면 주입 챔버를 준비해야 합니다. 엘라스토머 혼합을 진행하십시오. 주입 챔버를 준비한 후, 몰드 부피를 이용하여 필요한 엘라스토머 구성 성분인 파트 A와 B의 양을 결정합니다. 그다음 일회용 플라스틱 컵, 플라스틱 백, 그리고 여러 개의 고무줄을 준비합니다.전자저울 위에 플라스틱 컵을 올리고 영점을 조절합니다. 필요한 양의 파트 A와 파트 B를 컵에 붓습니다. 컬러 마스터배치 또한 이곳에 함께 첨가합니다.비닐봉지를 컵 입구 위로 당겨 덮어 밀봉합니다. 고무줄 3~4개로 봉지를 고정합니다. 다음으로, 컵을 원심 혼합기에 넣고 2분 동안 혼합하여 균질하게 섞이도록 한 뒤, DGA 설정에서 1~2분 더 작동시킵니다.한편, 엘라스토머 주입용 주사기를 만들려면 수컷 루어 락(male lure lock)이 있는 50 milliliter 주사기를 준비하십시오. 암컷 루어 락 캡(female lure lock cap)을 사용하여 바닥을 밀봉합니다. 그런 다음 파라필름(para film)과 고무줄 하나로 밀봉 부위를 고정하십시오.엘라스토머를 회수하여 플라스틱 컵에서 50 milliliter 주사기로 옮깁니다. 플런저를 삽입하기 전, 주사기 내부에 공기가 갇히는 것을 방지하기 위해 주사기 바늘을 배치합니다. 바늘의 날카로운 부분이 아래를 향하게 하여 엘라스토머에 닿지 않도록 주사기 벽면을 따라 배치하십시오.그다음, 플런저와 엘라스토머 사이에 공기층이 보이지 않을 때까지 주사기 플런저를 밀어 넣습니다. 다음 단계는 몰드에 엘라스토머를 주입하는 것입니다. 준비된 엘라스토머가 들어있는 주사기의 암컷 캡을 제거하고, 노출된 수컷 루어 락 주사기 팁을 조립된 몰드의 게이트로 이어지는 암컷 어댑터에 연결합니다.이제 어셈블리를 주입 챔버에 넣을 준비가 되었습니다. 주입 챔버의 공압식 시린지 어댑터를 시린지 후면에 고정하여 몰드와 시린지가 각각의 위치에 놓이게 합니다. 주입 챔버를 덮고 공기가 새지 않도록 밀봉되었는지 확인하십시오.시스템의 모식도입니다. 주입 챔버를 덮은 후, 다음 단계는 챔버를 격리하고 진공원이 챔버 및 시린지 플런저와 연속적으로 연결되어 있는지 확인하는 것입니다. 그런 다음 약 -14.5 PSI에 도달할 때까지 천천히 진공을 가합니다.이 압력을 유지하면서 진공원과 시린지 플런저 사이의 연속성을 끊고, 양압 공기 공급 장치와 연결합니다. 공기 공급 장치로부터 양압을 서서히 높여 최소 25 to 35 PSI에 도달하게 합니다. 몇 초 후 시린지 플런저가 시린지 바닥에 닿을 때까지 기다린 다음, 시스템을 대기압 상태로 되돌립니다.몰드를 회수한 후, 몰드 게이트에서 튜브를 분리합니다. 엘라스토머의 유출을 방지하기 위해 수형 어댑터에 암형 루어 락 캡을 씌웁니다. 이후 경화시킵니다.몰드를 온도 조절 오븐에 넣습니다. 본 영상의 장치는 70 °C에서 5시간 동안 경화시킵니다. 경화 시간이 끝나면 오븐에서 몰드를 꺼내 장치를 실온으로 냉각시킵니다.그런 다음 디바이스 바이스를 탈형합니다. 몰드 조각들의 프린팅 시간을 포함하여, 이 의료 등급 기구는 약 2일 만에 완성되었습니다. 컵 모양의 영역 내부를 보면 6개의 전극과 광섬유 프로브용 리셉터클의 끝부분이 보입니다.광섬유 프로브의 입구와 전극용 USB 케이블을 위한 모든 오버몰딩 피처는 후면에 위치합니다. 이 기술을 통해 데이터 수집을 위한 질 내 프로브 장치를 40개 이상 제작하였습니다. 임상 연구에서 이 특정 장치는 임신 모니터링을 위한 자궁경부 형광 및 임피던스 활용 연구를 가능하게 했습니다.조산의 징후를 확인하기 위해, 몰드를 세심하게 설계하고 파팅 라인 및 관통 홀 등을 신중하게 선택하는 것이 중요합니다. 완전히 조립된 몰드는 선형 및 회전 방향으로 모두 구속되면서도, 완전히 경화된 디바이스를 쉽게 제거할 수 있도록 설계되어야 합니다. 이 기술에 숙달되면, 제작하려는 엘라스토머 디바이스의 특정 기하학적 구조나 복잡성에 따라 몇 시간에서 하루 정도가 소요될 수 있습니다.우리는 이것이 치료 및 진단용 의료 기기의 프로토타입을 개발하는 실행 가능한 방법임을 입증하였으나, 이 절차는 엘라스토머 기기 개발 및 기타 많은 응용 분야에도 적용될 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

bioprinter는 희생 형에 따라 패턴 하이드로 겔을 만드는 데 사용되었다. 폴록 사머 형은 두 번째 히드로 겔로 채워질 그리고 세 번째 하이드로 겔로 채워졌다 빈 공간을 남겨 용출되었다. 이 방법은 생체 고분자의 복잡한 구조를 생성하는 빠른 용출과 폴록 사머의 좋은 인쇄 적성을 사용합니다.

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의료 기기에서 박테리아 표면 결합을 감소시키는 폴리머를 식별하기 위한 고처리량 마이크로어레이 방법에 대해 설명합니다.

의료 기기에 대한 박테리아의 높은 처리량 식별 구충제 폴리머

학습하세요 3D 인쇄 금형을 이용한 액상 엘라스토머 사출 성형 기법으로 의료 기기를 신속하고 저렴하게 제작하는 방법입니다. 이 기술은 자원이 제한된 환경에서도 맞춤형 의료 장치를 개발할 수 있게 합니다.

액상 사출 성형을위한 3D 인쇄 금형을 사용하여 의료 기기의 신속하고 저렴한 프로토 타이핑

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