Snelle en Low-cost Prototyping van medische hulpmiddelen met behulp van 3D-Gedrukt Mallen voor Liquid Injection Molding

Samenvatting

We hebben een methode ontwikkeld voor lage kosten en snelle prototyping van vloeibare elastomeer rubber spuitgiet apparaten bedacht door gesmolten Deposition Modeling 3D-printers voor schimmels design en een gewijzigde exsiccator als een vloeibaar injectiesysteem.

Samenvatting

Biologisch inerte elastomeren zoals silicone gunstig materialen voor medische apparaat fabricage, maar vormen en genezing van deze elastomeren met behulp van traditionele vloeibare spuitgietprocessen kan een duur proces te wijten zijn aan gereedschappen en apparatuur kosten. Bijgevolg heeft het traditioneel onpraktisch vloeibare spuitgieten voor goedkope, rapid prototyping toepassingen geweest. We hebben een methode bedacht voor een snelle en goedkope productie van vloeibare elastomeer spuitgiet apparaten die gesmolten Deposition Modeling 3D-printers voor schimmels design en een gewijzigde desiccator als een injectie systeem gebruikt. Lage kosten en snelle doorlooptijd in deze techniek verlagen de drempel om iteratief ontwerpen en prototyping complexe elastomeer apparaten. Bovendien kan CAD-modellen die in dit proces later worden aangepast voor metalen gietvorm tooling ontwerp, waardoor een gemakkelijke overgang naar een traditionele spuitgietproces. Wij hebben deze techniek gebruikt voor de productie intravaginal sondes met een complexe geometrie, evenals overmolding over metalen onderdelen, met behulp van instrumenten die vaker beschikbaar zijn binnen een academische onderzoekslaboratorium. Echter, deze techniek gemakkelijk worden aangepast aan vloeibare spuitgegoten inrichtingen voor vele andere toepassingen.

Inleiding

Vloeibare spuitgieten (LIM) (ook bekend als reactie spuitgieten) wordt vaak gebruikt om elastomeer apparaten van thermohardende elastomeren produceren, maar hoge gereedschappen en apparatuur kosten vereisen een groot deel van up-front investeringen ^1. Bovendien LIM kan technisch uitdagende en duur om te implementeren in gevallen met complexe geometrie en eisen voor buitenlaag. Daardoor is het meestal onpraktisch traditionele LIM gebruik in ultra-lage hoeveelheden of met een vroeg stadium apparaat ontwerpen die vaak maken iteratieve revisies.

De typische procedure voor het spuitgieten elastomeermaterialen gaat injecteren vloeibare monomeren bij drukken ongeveer 150 psi in een mal met behulp van gespecialiseerde molding machines ^2. De temperaturen en drukken worden gecontroleerd om laminaire stroming zorgen en lucht wordt opgesloten in de matrijs ³ te voorkomen. Grondstoffen zijn meestal twee delen cure systemen, zoals platina behandeling silicone, thoed worden in aparte en temperatuur gecontroleerde kamers gehouden voorafgaand aan de injectie. Beide componenten van de grondstof worden gepompt in een hoge-druk mengkamer die vervolgens voedt in de vormholte. Uitharding wordt bereikt door de aanwezigheid van een katalysator en temperaturen van 150-200 ° C ^4. Mallen zijn meestal vervaardigd uit staal of aluminium om nauwkeurige toleranties om een goede afdichting te creëren rond afscheid randen ^3,5. Helaas is deze werkwijze in het algemeen meer geschikt voor grootschalige productie gegeven spuitgietapparatuur hoge kosten en de vereiste gespecialiseerde injectie en feedback controlesystemen.

Bij rapid prototyping van polyurethaan (PU) delen, is het mogelijk stereolithografie (SLA) om een mal meester creëren en produceren een siliconen rubber mal ^6,7. Deze techniek is niet geschikt voor buitenlaag omdat het moeilijk nauwkeurige uitlijning van omspoten onderdelen voldoen, zoals de siliconen doorontwerp, niet een stijve structuur. Bovendien productie van apparaten met complexe geometrieën, zoals invaginations of uitgeholde delen, is moeilijk of onmogelijk. De eis voor complexe of nauwkeurige mal scheidingslijnen en stijve dunne elementen zijn vaker wel dan niet, onverenigbaar is met de vloeibare rubber molding proces.

De hiervoor genoemde productie-omvang of laat stadium prototyping processen zijn vaak onpraktisch voor een vroeg stadium medisch hulpmiddel ontwikkeling waarbij een paar apparaten moeten worden geproduceerd voor proof-of-concept en haalbaarheid in menselijke studies, zoals vaak het geval is in de academische laboratorium en start-up bedrijf omgevingen. Het gebrek aan alternatieven betekent vaak dat zelfs de ontwikkeling in een vroeg stadium zou hoge kosten, waarvoor vele apparaat ontwikkelaars om het apparaat de functionaliteit te beperken of zet de ontwikkeling in de wacht terwijl de extra gelden worden bijeengebracht. Dit draagt ​​bij tot een dramatische vertraging van het ontwikkelingsproces aangezien een groot deel van medische hulpmiddelen re katern implementatie van complexe functies. Het is ook moeilijk om de dure ontwikkeling van dergelijke inrichtingen financieren aangezien proof-of-concept gegevens dikwijls nog niet vastgesteld. We ondervonden deze obstructie in een recent project binnen deze lab, die de ontwikkeling van een siliconen intravaginale sonde betrokken bij omspoten elektrische en optische sensoren die welke een komvormige tip te voldoen aan bepaalde cervicale geometrieën. De in dit artikel beschreven proces documenteert onze poging om deze vicieuze cirkel te omzeilen en snel te bereiken proof-of-concept voor LIM medische hulpmiddelen.

De in figuur 1 techniek deconstrueert de LIM proces in 5 hoofdactiviteiten: (1) mould design & productie, (2) vormstelsel (3) elastomeer mengen, (4) elastomeer injectie, en (5) elastomeer uitharding & vormlosproces.

pg "width =" 600 "/>
.. Figuur 1 Protocol Overzicht Overzicht van het protocol, dat houdt in: (1a) het maken van een mal met behulp van computer-aided design tools, (1b) 3D printen van de schimmel stukken, (2) monteren van de mal stukken met behulp van draadeinden en schroeven, ( 3) het mengen van vloeibare elastomeer en laden in een injectiespuit, (4) het injecteren van het vloeibare elastomeer in de matrijs met een gemodificeerde exsiccator, (5a) uitharden van de elastomeer in een droogstoof en (5b) vormlossing het geharde elastomeer apparaat de mal stukken.

Schimmel ontwerp behelst de uitwerking van een mal meester in computer-aided design (CAD)-software, aftrekken van de mal meester uit een massief blok en definitie van schimmel scheidingslijnen. Mold stukken worden gemaakt en vervolgens geassembleerd met behulp van schroeven, staven, en noten met overmolded componenten gepositioneerd in de vormholte. Elastomeer mixing Daarbij kunnen delen A en B van grondstoffen en ontgassen aan potentiële lege ruimten in het materiaal te verwijderen. Vervolgens elastomeer injectie omvat drukgedreven vullen van de vormholte, gevolgd door elastomeer uitharding in een droogstoof chemische verknoping van de polymeerketens waarborgen.

Het afbreken van het spuitgietproces in deze stappen kunnen wij traditionele LIM apparatuur afzien ten gunste van goedkope alternatieven. Bijvoorbeeld, in plaats van bewerking van een metalen matrijs of gieten siliconenrubber mal van een mal meester, de mallen van de in dit manuscript beschreven protocol zijn gemaakt van acrylonitril butadieen styreen (ABS) plastic met een gefuseerde-Deposition Modeling (FDM) 3D printer ^8,9. Vergeleken met het bouwen van metalen mallen of SLA mallen, FDM is over het algemeen een goedkoper en sneller proces. Tamelijk complexe mallen kunnen snel worden afgedrukt op een eigen 3D printer of goedkoop geproduceerd door een van de vele aan 3D printing beschikbare diensten. Zo werd een complex achtdelige 3D geprint matrijs gebruikt om de aangetoonde intravaginale sonde in de resultaten representatief deel gegoten en getoond in figuren 14 en 15. Alle onderdelen van deze vorm kan ongeveer 1,5 dagen worden afgedrukt op een eigen 3D printer. Doorlooptijden voor eenvoudiger mallen kan een paar uur. De totale tijd die nodig is om een ​​apparaat met FDM 3D printers mallen maken prototype is vergelijkbaar met de tijd nodig om een ​​mal gegoten uit siliconen rubber en polyurethaan prototype maken. Echter, met behulp van FDM 3D-printers om mallen te maken zorgt voor verschillende dingen die niet gemakkelijk kan worden bereikt met behulp van een siliconen mal: (1) veel thermohardende elastomeren kunnen worden gebruikt, mits de-3D geprint schimmel kan de vereiste hardingstemperaturen tolereren, (2) complexe geometrieën kan worden gemaakt met het gebruik van veel verschillende schimmels Stukjes naad, en (3) het gebruik van stijve matrijs stukken maakt nauwkeurige en reproduceerble uitlijning van overmolded componenten binnen de mal holte.

In plaats van een traditionele LIM machine die het samen mengen, injectie en uitharding, is het mogelijk om een ​​laboratorium mixer homogene menging, een gemodificeerd exsiccator voor injectie, en een standaard droogstoof voor het genezen waarborgen. Het injectiesysteem werd gemaakt met behulp van off-the-shelf componenten en omvat de toevoeging van een positieve druk toevoerleiding in de exsiccator die verbinding maakt met een injectiespuit gevuld met gemengde elastomeer. Kamer onder druk in bench top exsiccatoren wordt meestal geregeld door een driewegkraan tussen de kamers, een vacuüm toevoerleiding, en de sfeer. De gewijzigde exsiccator voegt een positieve druk toevoerleiding voeden aan de achterkant van een spuitplunjer. Dit maakt de creatie van een 40-50 psi drukverschil dat voldoende is om vloeibaar materiaal injectie in de matrijsholte.

Deze techniek liet ons toe om produce siliconen intravaginale sondes met accenten van elektrische en optische sensoren om proof-of-concept gegevens te verzamelen voor een Fase I klinische studie. Silicone is gekozen vanwege de behoefte aan biologische inertheid en het vermogen te steriliseren met een verscheidenheid van methoden ^10,11. Verder heeft de inrichting een vereiste complexe en onconventionele komvormige geometrie aan het uiteinde van de sonde als de sensoren zich bevinden om met de cervix. Zonder het gebruik van de beschreven techniek, zou het een veel duurder en langdurig proces om deze apparaten te produceren zijn. Deze aanpassing van de LIM proces vermindert kosten en uitrusting in vergelijking met de traditionele LIM-proces, waardoor het praktisch om een ​​snelle en iteratieve benadering voor het ontwerpen elastomere toestellen aannemen.

Protocol

Dit protocol beschrijft het gebruik van terminologie en functies in SolidWorks voor Mold ontwerp en productie stappen, hoewel andere softwarepakketten kunnen ook worden gebruikt om hetzelfde resultaat te bereiken.

1. Mold Ontwerp en Productie

1. Ontwerp een op schaal schimmel meester met behulp van computer-aided design (CAD)-software. Specifieke procedures matrijs hoofdontwerp zal variëren afhankelijk van de specifieke geometrie van het gewenste elastomeer apparaat. Deze en volgende stappen zullen laten de belangrijkste stappen die leiden tot een bepaalde vorm meester en matrijs ontwerp dat ongeveer lijkt op de intra-vaginale sonde apparaat weergegeven in de resultaten representatief gedeelte.
   1. Om de sondepunt definiëren account 2D schets in het juiste vlak dat de interne en externe grenzen van een radiale doorsnede van de komvormige geometrie vergelijkbaar met figuur 2A aangegeven. Gebruik de "Smart Dimension" schetsgereedschapschetsen afmetingen definiëren. Zorg ervoor dat alle geometrieën op passende wijze worden beperkt door het toevoegen van voldoende relaties tussen de elementen van de schets. Als je klaar bent, verlaat de schets.

   
   Figuur 2. 2D CAD Sketches. A) 2D schets die radiaal kan worden gedraaid om de Y-as een komvormige functie vergelijkbaar met die op intravaginale sonde apparaat. B) druppelvormige 2D schets die uit het vlak kan worden geëxtrudeerd in een prisma-produceren achtige structuur die het handvat van de intravaginale sonde apparaat. C) Voorbeeld schets die twee regio creëert de radiale doorsnede van de komvormige kenmerk gebied van de mal vormt. Draaide bezuinigingen selectief in Gebied 1 of 2 rond de Y-as zal anders schimmel stukken opleveren.

   2. Gebruik de "Revolved Boss / Base" functie om de 2D sketch draait 360 ° rond de Y-as om een ​​3D-functie die een kop lijkt te produceren. Individuele contouren en / of regio's van de schets kunnen afzonderlijk worden geselecteerd om de gewenste gebieden van de schets selectief draaien met elke aanroeping van de "Revolved Boss / Base"-functie.
   3. De handgreep van de sonde te bepalen, maakt een 2D schets in het bovenvlak dat de externe grenzen van een dwarsdoorsnede van de traan-achtige geometrie vergelijkbaar geeft figuur 2B. Als je klaar bent, verlaat de schets.
   4. Gebruik de "Extruded Boss / Base" functie om geselecteerde contouren en / of regio's van de 2D-schets in de Y-richting te extruderen. Extrusies kan worden geëxtrudeerd in zowel de positieve als negatieve Y-richtingen en kan ook worden opgegeven voor / eind beginnen bij bepaalde vliegtuigen, oppervlakten of vaste offsets. Geef de extrusie te beginnen bij de bodem van het komvormige geometrie en strekken afgelegen de opening van de beker-achtige geometrie.
2. In een afzonderlijk CAD-bestand, trek een rechthoekig prisma vast lichaam dat groot genoeg is om de mal meester omsluiten.
   1. Om de rechthoekige prisma te definiëren, maakt u een rechthoek in een 2D-schets in het Top Plane. Zorgen voor X-afmeting van de rechthoek is groter dan de breedste vorm meester meetkunde in de X-richting en van de rechthoek Y-afmeting groter is dan het breedste vorm meester meetkunde in de Y-richting. Als je klaar bent, verlaat de schets.
   2. Gebruik de "Extruded Boss / Base" functie om de regio omsloten door de rechthoek in de 2D-schets in de Y-richting te extruderen. Zorg ervoor dat de extrusie lengte is langer dan de langste mal meester meetkunde in de Y-richting.
3. Combineer de mal master en de rechthoekige prisma om de mal negatieve vormen.

oad/51745/51745fig3highres.jpg "width =" 500 "/>
Figuur 3. Aanmaken van de schimmel in CAD. CAD tekeningen van de mal master (rechts) en schimmels negatief (links) voor een intra-vaginale sonde apparaat is afgebeeld. De mal negatief wordt gecreëerd door het aftrekken van de mal meester geometrie van een rechthoekig prisma en zal uiteindelijk worden opgedeeld in twee of meer stukken en uitgegroeid tot een functionele vorm.

3. 1. Importeer de mal meester in het CAD-bestand met de rechthoekige prisma. Lijn de schimmel meester zodanig dat het is gecentreerd en volledig ingekapseld in de rechthoekige prisma.
   2. Gebruik de "Combineren"-functie en selecteer de "Aftrekken" operatie type om de mal holte (Figuur 3) te creëren.
   3. Bij gebruik met een lage resolutie 3D-printer (meest FDM 3D-printers), er rekening mee dat de meeste kleine functies niet kunnen worden afgedrukt zoals ze onder minimale feature size van de machine. Derhalve wees hoeken en kanten moetenafgerond met behulp van "Filet" of "afschuining", omdat deze functies zijn te fijn voor de printer op te lossen.
      Opmerking: Als buitenlaag wordt gewenst, moet delen van de vormholte, zodat de omspoten component kan worden gepositioneerd en beperkt in de vormholte worden ontworpen. Dit kan worden bereikt door het definiëren gedeelten van de matrijs hulplijnen bieden aan de omspoten component (figuur 4).

Figuur 4. Designing hulplijnen in de Mold. Exploded CAD-tekening van de matrijs, glasvezel buis, en de elektrode componenten. De glasvezel buis en elektroden moeten nauwkeurig worden gepositioneerd en overmolding een intravaginale sonde te produceren. Hulplijnen zijn ontworpen in de matrijs om deze componenten teplaats blijven terwijl vloeibare elastomeer wordt ingespoten in de mal holte.

4. Definieer scheidingslijnen, die zal snijden de mal in verschillende stukken, en doorgaande gaten voor draadeinden en schroeven om de mal stukken bij elkaar te houden (figuur 5 en 6). Specifieke plaatsing van scheidingslijnen en staaf doorgaande gaten zijn afhankelijk van de relatieve plaatsing van elkaar in de vormholte geometrie.

. Figuur 5 Mold:. Exploded View Exploded CAD-tekening van de afgewerkte vormstelsel voor de intravaginale sonde apparaat. De geometrie van de matrijsholte bepaalt niet alleen de uitwendige geometrie van het uiteindelijke intravaginale sonde apparaat, maar biedt ook verankering en positionering punten componenten worden aangespoten. Met name de matrijsbasis geometrie en de linker-en rechterbovenhoek stukken lijn de glasvezel buis, en de matrijs biedt openingen voor het uitlijnen van de elektroden op het laatste apparaat.

. Figuur 6 Mold:. Gemonteerd Bekijk CAD-tekening van de afgewerkte vormstelsel voor de intravaginale sonde apparaat. Vloeibaar elastomeer wordt geïnjecteerd in de poort en vult de vormholte alvorens in het overloopreservoir bovenaan. Openingen vanaf de vormholte voor de overloop reservoir zijn zorgvuldig ontworpen in de positioneringsstukken van de matrijs aan de top.

4. 1. Parting lijnen worden meestal gekozen op een manier die bilateraal of radiale symmetrie genereert. Zij moeten worden gesteld om te voorkomen overhangende elkaar in de richting van de matrijs wordt geopend, zodat een volledig uitgehard elastomeer device binnen de holte kan worden verwijderd uit de matrijs.
      1. Een bilaterale scheidingslijn door het definiëren van een rechthoekig 2D schets in de juiste vlak dat zich uitstrekt vanaf de basis van het komvormige geometrie naar de top van de handgreep van de sonde. De breedte van de rechthoek moet het end-to-end breedte van de matrijs overschrijden.
      2. Gebruik de "Extruded Cut"-functie op de schets en geef een snede in de richting van de negatieve x-richting op een deel opleveren. Geef een snee in de richting van de positieve X-richting naar het andere deel wordt gevormd door de bilaterale scheidingslijn opleveren.
      3. Tijdelijk "uit" de "Extruded Cut" functie die zojuist is gemaakt. Functies kunnen worden onderdrukt of niet ontstoorde verbergen of onthullen hun effecten op de werkende CAD geometrie. Selectieve omschakeling van een combinatie van "Extruded Cut" of "Revolved Cut" functies zullen later worden gebruikt om elk afzonderlijk deel van de matrijs te isoleren.
      4. Maak een radiaal symmetric scheidingslijn om de mal stukken te isoleren in het komvormige deel van de mal holte door het definiëren van een 2D Schets in de Right Plane. Een zijde van de tekening dient de Y-as volgen terwijl de andere randen van de tekening moet voorbij de randen van de matrijs radiaal symmetrische deel van het matrijsoppervlak. Deze schets moet ook lijnen of curven die dwars door de inwendige gebieden van de radiale doorsnede van de komvormige geometrie definiëren twee of meer gebieden in radiale dwarsdoorsnede zoals getoond in figuur 2C.
      5. Gebruik een "Revolved Cut" functie op de tekening, het selecteren van specifieke gebieden gedefinieerd door de schets delen van de matrijs die niet gewenst zijn in het geïsoleerde gedeelte te verwijderen. Niet-geselecteerde gebieden van de schets zal blijven, waardoor het gewenste deel, na de revolved zagen is voltooid.
         Opmerking: Als overmolding gewenst is, moet afscheid lijnen ook voor zorgen dat de overmolding component gemakkelijk in de mal vooraf injectio kan worden gepositioneerdn en ook uit de vorm na-uitharding.
   2. Definieer doorgaande gaten voor de mal door, of "gat Wizard" functie of door het definiëren cirkelvormige 2D schetsen in vlakken loodrecht op het oppervlak en vervolgens het toepassen van de functie "Extruded Cut" naar de tekeningen (figuren 5 en 6). Maak doorgaande gaten met een standaard speling gat, dat overeenkomt met standaard draadstang of schroefgrootte gebruikt.
5. Definieer een poort in de matrijs door, of "gat Wizard" functie of door het definiëren 2D schetsen in vlakken loodrecht op het oppervlak en daarna het toepassen van de functie "Extruded Cut" naar de tekeningen (figuren 5 en 6). De poort vormt een ingang voor het elastomeer te spuiten in de matrijsholte en dienen zich doorgaans worden naar de bodem van de vormholte.
6. Definieer een of meer openingen in de mold door, of "gat Wizard" functie of door het definiëren 2D schetsen in vlakken loodrecht op het oppervlak en daarna het toepassen van de functie "Extruded Cut" naar de tekeningen (figuren 5 en 6). Openingen kan overmaat elastomeer uitlekken uit de vormholte zodra deze volledig vol drukopbouw te voorkomen. Meestal de beste plek voor vent plaatsing is aan de bovenkant van de mal in een gebied dat leidt tot een leeg reservoir aan overflow elastomeer zwembad mogelijk te maken.
7. Zorg ervoor dat de wanddikte overal in de matrijs minstens 1-1,5 cm als ABS kunststof wordt gebruikt voor schimmels. Muren moeten stijf genoeg dat ze niet wezenlijk zal vervormen of instorten wanneer schimmel stukken zijn onder drukspanningen van bouten en draadeinden zijn.
   Opmerking: Excess wanddikte of niet-dragende muren kunnen worden verwijderd indien gewenst te versnellen het 3D printen van de mal stukken. Bovendien, dunnere wanden en de addition van uitgeholde secties wordt de totale hoeveelheid gebruikt materiaal en de bijbehorende kosten van dat materiaal te verminderen. Wees ervan bewust dat sommige FDM printers zal dit doen door standaard en kon blijken muren meer dan gewenst verzwakken.
8. Voor elke vorm stuk dat gewenst is, te onderdrukken of Unsuppress de respectieve "Extruded Cut" of "Revolved Cut" functies om dat individuele deel van de schimmel te isoleren. Sla elke vorm stuk als een STL bestand of bestandstype compatibel met de 3D-printer wordt gebruikt.. Zorg ervoor dat de gewenste maas resolutie is geselecteerd.
9. Laad de. STL bestanden naar de 3D-printer. Print de mal stukken en wacht totdat de taak is voltooid.
10. Verwijder eventueel ondersteunend materiaal op de mal stukken nadat ze zijn afgedrukt.
    Opmerking: 3D-printers variëren in hun printresolutie met FDM gedrukte delen in het algemeen met slechter resolutie dan de SLA-gedrukte delen. Oppervlakteruwheid kan worden verminderd na een deel is 3D geprint hetzij door schuren ofdoor lichte chemische ontbinding behandeling zoals beschreven in het hoofdstuk discussie.

2. Vormstelsel

1. Breng schimmel stukken samen om de mal holte vormen, terwijl het afstemmen van de doorgaande gaten. Slide draadeinden of schroeven in de doorgaande gaten.
   1. Optioneel: als buitenlaag, de positie van de componenten die moeten worden overmolding in de mal holte tijdens het monteren de mal stukken (Figuur 7). Als er de zorg omspoten onderdelen zich binnen de holte tijdens elastomeer injectie kan een kleine hoeveelheid silicone RTV lijm worden gebruikt om tijdelijk en zwak de component vast aan de binnenkant van de vormholte. Wacht 15 min voor de RTV siliconen uitharden.

Figuur 7. Afstemming van Overmolded Components. A) </ Strong> gedeeltelijk geassembleerd schimmel die de uitlijning van twee roestvrijstalen buizen, een kleine printplaat, en zes elektroden in de mal holte. Positionering schimmel op het hoofd van de matrijs samen met invaginations in de matrijs fysiek beperken beweging van alle onderdelen tijdens elastomeer injectie. B) zoomweergave de bodem van uitlijnen componenten bij de matrijs.

2. Zorg voor stevige compressie op de mal met behulp van moeren op elk uiteinde van de draadeinden. Een tweede moer op elk uiteinde zorgt voor de noten worden vergrendeld en niet voortijdig los. Bij gebruik van plastic mallen zorgen dat noten zijn goed op zijn plaats, maar niet over-aangedraaid, om schimmel te voorkomen vervorming.
3. Optioneel: Seal hiaten met silicone RTV en wacht 15 minuten om uit te harden. Dit is alleen nodig als een lagere resolutie schimmels zoals die worden geproduceerd via FDM worden gebruikt. Beperkte resolutie en slechte toleranties op de mal scheidingslijnen kunnen unwa creërennted hiaten. Als alternatief kan het oppervlak glad maken zoals beschreven in de paragraaf discussie worden gebruikt voor montage van scheidingslijnen te verbeteren.
4. Optioneel: Breng het insmeren om de mal holte vormlossing gemakkelijker te maken. Echter, dit zal de vacht van de uiteindelijke apparaat met chemicaliën insmeren.
5. Maak een loper of spruw te leiden in de mal poort.
   1. Plaats een weerhaak-to-male luer-lock-adapter in de poort van de vormholte. Zorgen voor een strakke pasvorm.
   2. Sluit deze aan op buis met een weerhaak-naar-vrouw luerlock-adapters aan elk uiteinde. De blootgestelde vrouwelijke luer-lock-adapter aan het distale einde van de buis zal uiteindelijk aan een 50 ml spuit met mannelijke luer-lock tip.

3. Injectie Chamber

1. De injectiekamerinrichting is een gemodificeerde off-the-shelf exsiccator en vooraf te komen voor elastomeer mengen aangezien de arbeidstijd van tweedelige elastomeren na menging beperkt. Figuur 8 toont het gebruik van deinspuitkamer in de injectie proces.

Figuur 8. Elastomeer Injection Process. Animatie die eerste toont de wijzigingen van een standaard laboratorium exsiccator tot de injectie kamer maken en vervolgens toont de manipulatie van druk om vloeibare elastomeer injecteren van een spuit in een mal. Klik hier om deze video te bekijken.

Figuur 9 is een schema dat beschrijft hoe de exsiccator wijzigen om de voltooide injectiekamer creëren.

Figuur 9. Crhet eten van de Injectie Kamer. Injection Kamer na exsiccator wijziging is voltooid. Overeenkomstige stappen in de procedure worden aangeduid in de figuur.

Zie Figuur 10C en 10D van de inspuitkamer gebruikt om de intravaginale sonde fabriceren.

1. 1. Boor twee gaten in de bovenklep van de kamerwand exsiccator deksel.
   2. In beide gaten installeert een vacuüm gewaardeerd door de muur pijp montage dat het droogmiddel deksel muur kruist en creëert een zegel.
      Opmerking: Gebruik PTFE-tape of een ander type van pijpafdichtmiddel op componenten met pijp montage verbindingen naar luchtdichte afdichting te garanderen. Gebruik slangklemmen op een prikkeldraad buis adapters / fittingen om luchtdichtheid te versterken en te voorkomen buizen uit te glijden.
   3. Breng een vacuüm manometer op de buitenzijde van het deksel voor het toezicht kamerdruk. Dit wordt bereikt door het aansluiten van de vacuümmeter aan een van de doorgaande muur buisleidingen met vacuum gewaardeerd pipe en tube fittings.
   4. Installeer een pneumatische spuitverbindingsstuk aan de binnenzijde van het deksel aan de andere doorgaande wand pijpfitting. Dit wordt bereikt door het aansluiten van de spuit aan op de doorgaande muur pijp montage met vacuum gewaardeerd buizen fittingen.
   5. Aan de externe zijde van dezelfde doorgaande wand pijp montage dat de bijgevoegde luchtgedreven spuit adapter heeft, sluit een vacuüm gewaardeerd tee pijp montage. Aan de ene tak van de tee pijp montage, sluit een verbinding vacuüm / manometer voor controle injecteren lijn druk. Aan de andere tak, sluit een vacuüm gewaardeerd drieweg L-klep.
   6. Sluit de ene tak van de drie-weg L-klep een stuk buis leidt tot een positieve luchtdruk bron met buizen fittingen. Laat de andere tak van de drie-weg L-klep los voor het moment.
   7. De meeste exsiccators hebben een ingebouwde drie-weg T-klep op de kamerwand. Voeg slangen aansluiten een tak van deze klep om eentee buisfitting. De andere tak van de klep los en blootgesteld aan lucht ten behoeve van ventilatie kamerdruk blijven.
   8. Sluit de ene tak van de tee buisfitting een stuk buis verbonden met een vacuüm bron. Sluit de andere tak van de tee buisfitting naar de open drieweg L-klep tak van stap 3.1.5 met behulp van een stuk buis en vacuüm gewaardeerd buizen fittingen.

4. Elastomeer Mixing

1. Bepaal de hoeveelheid elastomeer gewenst door onderzoek van het volume van de matrijs meester CAD-bestand approximate. Verhoog het volume met 5% om rekening te houden elastomeer verlies bij het overbrengen tussen containers in de komende stappen. Bereken het bedrag van deel A en deel B van het elastomeer nodig op basis van door de fabrikant aanbevolen mengverhouding.
2. Plaats een wegwerp plastic beker op een weegschaal en tarra het. Giet deel A en deel B van het elastomeer in de wegwerp plastic cup. Elke kleurstoffen of additieven moet ook worden toegevoegd bij deze stap.
3. Dicht de beker opening door het trekken van een plastic zak overheen en afdichten met 3-4 elastiekjes.
4. Meng gedurende 2 minuten met een centrifugaal mixer homogene menging. Als een Degas instelling beschikbaar is, meng nog eens 1-2 min. op de instelling Degas. Als een centrifugale mixer beschikbaar is, kan handmatig mengen worden gebruikt, maar kan meer lucht in het mengsel te voeren.
5. Bereid de elastomeer injectiespuit met een vrouwelijke luer-lock dop om de bodem van een spuit van 50 ml afdichting met mannelijke luer-lock tip. Zet de afdichting met Parafilm en 1 rubberen band.
6. Breng de elastomeer uit de plastic beker in de 50 ml luerlockspuit. Als elastomeer tegen de loodrechte wanden van de plastic beker, gebruiken grote lijnen resterende elastomeer die tegen de loodrechte wanden van de plastic beker vegen. Voorkomen dat veel kleine slagen om introductie van lucht te verminderen door het mengsel.
7. Optionele: Degas elastomeer na de overdracht in de spuit in de centrifugale mixer. Dit kan helpen bij het versnellen van de ontgassingsproces in stap 3.8.
   1. Seal de open achterkant van de 50 ml luerlockspuit door met Parafilm en een rubberen band.
   2. Meng met de ontgas instelling voor 30 seconden om het ontgassen versnellen.
      Opmerking: Centrifugaal mixers mogen geen adapter geschikt is voor het houden van 50 ml spuiten hebben. Deze stap kan ontwerp van een aangepaste adapter voor de middelpuntvliedende mixer, die kan worden gedaan in CAD en 3D is gedrukt.
   3. Eenmaal klaar, verwijder de Parafilm en elastiek aan de achterkant van de spuit.
8. Plaats de spuit met achtereind wordt in een exsiccator en ontgast gedurende ongeveer 30 minuten of totdat bellen in het elastomeer worden geëlimineerd. Zorg ervoor dat de arbeidstijd van de elastomeer gebruikte overwegen; lagere viscositeit elastomeren zal ook ontgast sneller. Verwijder vervolgens de spuit uit de exsiccator.
9. Plaats zuiger van de spuit in de achterkant van de spuit tijdens het verwijderen van ingesloten lucht.

Figuur 10. Elastomeer Mengen en Injectie. A) Nadat de vloeibare elastomeer wordt gemengd en ontgast, wordt een plunjer ingebracht in de spuit. Lucht tussen de plunjer en het elastomeer wordt verwijderd met behulp van een injectienaald als de zuiger is geplaatst. B) De spuit met elastomeer wordt de matrijs bij de poort via luer-lock koppelingen aangesloten. C) De injectiekamer is een gemodificeerde exsiccator dat minstens 40-50 psi druk over de zuiger kan genereren met behulp van een vacuüm en positieve luchtdruk toevoer. D) Schimmel na injectie van elastomeer met de injectiekamer.

9. 1. Plaats een injectienaald scherpe kant naar beneden langs de wand van de spuit zonder het aanraken van de elastomeer erin. Plaats de zuiger in de spuit uit achterkant, waardoor de naald om lucht gevangen tussen de zuiger en de elastomeer (Figuur 10A) los.
   2. Vooraf de naald en spuit zuiger als nodig totdat er geen zichtbare kolom lucht tussen de zuiger en elastomeer. Het is aanvaardbaar als kleine hoeveelheden elastomeer sluipen langs de afdichtende rand van de zuiger.
   3. Verwijder de naald van de spuit.

5. Elastomeer Injection

1. Verwijder de vrouwelijke luer-lock dop op de spuit met elastomeer klaar voor injectie en sluit de mannelijke luerlockspuit tip om de blootgestelde vrouwelijke luer-lock-adapter op de geassembleerde matrijs (Figuur 10B).
2. Zet de pneumatische spuit adapter op de achterkant van de spuit van 50 ml met mannelijke luer-lock tip.
3. Plaats zowel de schimmel en de bijgevoegde spuit in de injectie kamer. Op dit punt dient de injectie kamer overeenkomstig figuur 11 kijken.

Figuur 11 Elastomeer Injectie:.. Begin inspuitkamer weergegeven aan het begin van de vloeibare rubber elastomeer injectieproces. Beide zijden van de zuiger worden blootgesteld aan de omgevingsdruk.

4. Plaats het deksel op de injectie kamer, zodat een luchtdichte afdichting wordt gevormd.
5. Trek het gehele stelsel in de inspuitkamer een vacuüm.

Figuur 12. ElastomeerInjectie:. Middle Sluiting van 3-weg klep dichtbij de bodem van de opstart afdichtingen injectiekamer en laat beide zijden van de zuiger te trekken om een onderdruk.

5. 1. Draai beide drieweg kleppen van de injectie kamer zodat het vacuüm wordt geproduceerd door continu met de exsiccator kamer en de luchtkolom achter de zuiger.
   2. Trek langzaam een vacuüm tot ongeveer -14,5 psi wordt bereikt (figuur 12). Laat het vacuüm op deze druk te handhaven. Verwijderen van lucht wordt voorkomen dat luchtbellen zich ophoopt in de mal holte en bijdragen tot het verminderen lege ruimtes binnen het elastomeer apparaat.
6. Druk positieve druk aan de achterzijde van de zuiger.

. Figuur 13 elastomeer Injectie:Einde. Draaien van de 2-weg klep bovenaan de opstelling laat toepassen van positieve luchtdruk achter de zuiger, opwekken van ten minste 40-50 psi.

6. 1. Draai de drie-weg L-klep om de continuïteit tussen het vacuüm te breken terwijl de oprichting van een verbinding tussen de positieve druk luchttoevoer en de achterkant van de zuiger.
   2. Geleidelijk opvoeren van de positieve druk van de luchttoevoer tot minstens 25-35 psi wordt bereikt (zie figuur 13). Hogere drukken zijn mogelijk afhankelijk van de sterkte van slangaansluitingen die op de injectiekamer inrichting.
   3. Wacht totdat de zuiger de bodem van de spuit heeft bereikt of totdat elastomeer stroomt uit de matrijs openingen. Deze geven injectie is voltooid.
7. Terug de inspuitkamer weer op atmosferische druk.
   1. Zet zowel vacuüm en positieve luchtdruk benodigdheden.
   2. Geleidelijk aande drie-weg L-klep verbonden met de pneumatische spuitverbindingsstuk terug dus het is gesloten voor luchttoevoer en open voor het vacuüm bron. Dit moet allemaal positief drukloos.
   3. Draai de drie-weg T-klep om de resterende druk in de kamer lucht aan de atmosferische druk.
8. Verwijder de vorm en voor te bereiden op elastomeer uitharden.
   1. Open de kamer en verwijder de mal.
   2. Maak de pneumatische spuit los van de achterkant van de spuit.
   3. Maak de spuit en de buis met twee weerhaak naar vrouwelijke luer-lock adapters.
   4. Plaats een vrouwelijke luer-lock dop op de blootgestelde stekker van de weerhaak-naar-mannelijke luer-lock adapter die aan de matrijsingang is verbonden elastomeer voorkomen stroomt uit de vormholte.

6. Elastomeer Curing & vormlosproces

1. Plaats de vorm in een droogstoof en genezen van de elastomeer. Raadpleeg elastomeer fabrikant specificaties determine de genezing tijd en temperatuur. De silicone mengsel intravaginale sonde gedemonstreerd wordt uitgehard bij 70 ° C gedurende 5 uur.
2. Zodra elastomeer is genezen, verwijder de vorm uit de oven.
3. Vormlostijd het volledig uitgehard elastomeer apparaat.
   1. Verwijder de moeren en draadeinden of schroeven uit de mal.
   2. Optioneel: Als silicone RTV lijm werd gebruikt om openingen afdichten tegen de scheiding randen gebruik een scalpel snijden in de zacht silicone RTV lijm zodat de scheiding randen worden gescheiden.
   3. Gebruik een scalpel om weg het apparaat van extra elastomeer materiaal te snijden en scheiden aan de poort of ventilatieopeningen. Gebruik een scalpel elke flitser die op de mal afscheid randen kunnen hebben gevormd weg te snijden.
4. Reinig de mallen met doekjes en niet-destructieve oplosmiddelen zoals isopropylalcohol.

Resultaten

De schimmel en intravaginale sonde in de figuren 14 en 15 toont representatieve resultaten van de in dit artikel bedoelde procedure.

Figuur 14. Volledig geassembleerd Mold. Volledig gemonteerde mal voor intravaginale sonde apparaat.

Discussie

Van alle stappen beschreven, voorzichtig matrijs ontwerp is het meest kritisch voor het succes. De mal master moet worden gemaakt als een vast lichaam met externe geometrieën gelijk aan het uiteindelijke apparaat. Deze geometrieën moet worden aangepast om rekening te houden met enig materiaal krimp als gevolg van de gekozen elastomeer evenals resolutie en toleranties 3D-printer. Plaatsing van schimmel scheidingslijnen en doorgaande gaten voor draadeinden en schroeven zijn van elkaar afhankelijk. Het toevoegen van scheid...

Materialen

```html

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
ABS Model Material	Stratasys	P430	Model Material voor uPrint Plus SE (Stap: Vormontwerp & Productie)
Soluble Support Material	Stratasys	SR-30	Ondersteunend materiaal voor uPrint Plus SE (Stap: Vormontwerp & Productie)
Underwater Silicone Sealant, 2.8 Oz Tube, Clear	McMaster-Carr Supply Company	7327A21	Silicone RTV voor het afdichten van openingen bij vormscheidingslijnen (Stap: Vormsamenstelling)
Tubing, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" Wall Thickness, Ultra-chemical-resistant Tygon PVC, Clear	McMaster-Carr Supply Company	5046K11	Vormt een adapter voor spruitstuk/loop tussen vorm en spuit met elastomeer (Stap: Elastomeer Mixen)
Coupling, Adapter, Straight, Male Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K123	Verbind spruitstuk/loop tussen vorm en spuit met elastomeer (Stap: Elastomeer Mixen)
Coupling, Adapter, Staight, Female Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K213	Verbind spruitstuk/loop tussen vorm en spuit met elastomeer (Stap: Elastomeer Mixen)
Cap, Female Quick-turn (Luer lock), Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K315	Dop om te voorkomen dat siliconen uit de vorm lekken na injectie (Stap: Elastomeer Mixen)
Liquid Silicone Rubber (LSR) 30 - 10:1, Implant Grade	Applied Silicone Corporation	PN40029	Vervang door de elastomeer van uw keuze.  Dit is degene die wordt gebruikt voor de intravaginale sonde (Stap: Elastomeer Mixen)
Syringes (BD), 1 ml Slip-Tip, non-sterile clean, bulk	Cole-Parmer	WU-07945-00	Spuiten voor het overbrengen van elastomeermateriaal (Stap: Elastomeer Mixen)
Syringes (BD), 1 ml Slip-Tip, non-sterile clean, bulk	Cole-Parmer	WU-07945-04	Spuiten voor het overbrengen van elastomeermateriaal (Stap: Elastomeer Mixen)
Syringe, 20 ml, Open Bore, Solid Ring Plunger and Grip	Qosina Corporation	C1200	Spuiten voor het overbrengen van elastomeermateriaal.  Open bore wordt gebruikt voor zeer stroperige elastomeers. (Stap: Elastomeer Mixen)
Needle (BD), Non-sterile Clean with Shields, 18 G x 1.5" Lg., Stainless Steel, BD Bulk	Cole-Parmer	WU-07945-76	Gebruikt voor het verwijderen van luchtkolom tussen spuitpomp en elastomeer (Stap: Elastomeer Mixen)
Plastic Cups, 12 Oz., Clear	Safeway	N/A	Gebruikt voor het mengen van siliconen in THINKY Mixer (Stap: Elastomeer Mixen)
Polyethylene Bag, Open-Top, Flat, 5" Width x 6" Height, 2-MIL Thk.	McMaster-Carr Supply Company	1928T68	Gebruikt voor het mengen van siliconen in THINKY Mixer (Stap: Elastomeer Mixen)
Rubber Band, Latex Free, Orange, Size 64, 3-1/2" L x 1/4" W	McMaster-Carr Supply Company	12205T96	Gebruikt voor het mengen van siliconen in THINKY Mixer (Stap: Elastomeer Mixen)
Parafilm Wrap, 4" W	Cole-Parmer	EW-06720-40	Gebruikt voor het mengen van siliconen in THINKY Mixer (Stap: Elastomeer Mixen)
Syringe Barrels with Stoppers, Luer Lock, Air Operated,  50 ml	EWD Solutions	JEN-JG50A-15	Kleinere spuiten kunnen worden gebruikt als er minder elastomeer nodig is, maar zorg ervoor dat het compatibel is met Air Operated Syringe Adapter in injectiekamer (Stap: Elastomeer Mixen)
Sealant Tape, Pipe Thread, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0.5 G/CC Specific Gravity	McMaster-Carr Supply Company	4591K11	Teflon Tape voor luchtdichte afdichtingen rond de draden (Stap: Elastomeer Injectie)
Scalpel Blades, Disposable, No. 22	VWR	21909-646	Gebruikt voor het snijden van slangen en ontvormen (Stap: Uitharding & Ontvormen)
Kimwipes	VWR	21903-005	(Stap: Uitharding & Ontvormen)
2-Propanol, J. T. Baker	VWR	JT9334-3	(Stap: Uitharding & Ontvormen)
uPrint Plus SE 3D Printer	Stratasys	uPrint Plus SE	Andere 3D-printers kunnen worden gebruikt (Stap: Vormontwerp & Productie)
Screw, Cap, Hex Head,  1/4"-28, 2-1/2" Lg, 18-8 Stainless Steel	McMaster-Carr Supply Company	92198A115	Schroeven die worden gebruikt met moeren om de vorm te comprimeren (Stap: Vormsamenstelling)
Nut, Hex, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Height, 18-8