Name: Szybkie i tanie prototypowanie wyrobów medycznych przy użyciu drukowanych w 3D form do formowania wtryskowego cieczy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 43 s
Description: Poznaj metodę szybkiego prototypowania urządzeń z elastomerów ciekłych przy użyciu form drukowanych w 3D. Technika ta umożliwia niskokosztową produkcję wyrobów medycznych w środowiskach akademickich.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują Sungwonowi Limowi za intelektualny wkład w projektowanie urządzeń i form, a także Jambu Jambulingam i Rebecca Grossman-Kahn za stworzenie silikonowych sond dopochwowych przy użyciu tego procesu. Praca ta jest wspierana przez Fundację Billa i Melindy Gatesów, Fundację Vodafone Americas oraz FDA (2P50FD003793).

<ol><li>Painter, P. C., Coleman, M. M. Essentials of Polymer Science and Engineering. DEStech Publications. , Lancaster, PA. (2009).</li>
<li>Rosato, D. V., Rosato, M. G., Schott, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reaction+Injection+Molding%5BTitle%5D)+AND+%22Plastics+Technology+Handbook+-+Volume%22%5BJournal%5D)">Reaction Injection Molding.</a> Plastics Technology Handbook - Volume. 2, 103-139 (2010).</li>
<li>Cybulski, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCybulski%2C+E+%22Plastic+Conversion+Process%3A+A+Concise+and+Applied+Guide%22">Plastic Conversion Process: A Concise and Applied Guide</a>. , CRC Press: Boca. Raton, FL. (2009).</li>
<li>Ortiz, H. ernández, J,, Osswald, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+processing+of+silicone+rubber%3A+Liquid+versus+hard+silicone+rubbers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Modeling processing of silicone rubber: Liquid versus hard silicone rubbers.</a> Journal of Applied Polymer Science. 119, 10-1002 (2010).</li>
<li>Dym, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injection+Molds+and+Molding%3A+A+Practical+Manual%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Injection Molds and Molding: A Practical Manual.</a> , 395, New York, NY. (1987).</li>
<li>Mueller, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereolithography-based+prototyping%3A+case+histories+of+applications+in+product+development%5BTitle%5D)+AND+%22Northcon+95.+IEEE+Technical+Applications+Conference+and+Workshops+Northcon.+%2C+305%E2%80%93310%2C+doi%3A10.1109%2FNORTHC.1995.485087%22%5BJournal%5D)">Stereolithography-based prototyping: case histories of applications in product development.</a> Northcon 95. IEEE Technical Applications Conference and Workshops Northcon. , 305–310, doi:10.1109/NORTHC.1995.485087. , (1995).</li>
<li>Hilton, P. Rapid Tooling: Technologies and Industrial Applications., 288, Press: Boca. , Raton, Florida. (2000).</li>
<li>Ahn, S. -H., Montero, M., Odell, D., Roundy, S., Wright, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+material+properties+of+fused+deposition+modeling+ABS%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Prototyping+Journal%22%5BJournal%5D)">Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS.</a> Rapid Prototyping Journal. 8 (4), 248-257 (2002).</li>
<li>Cheah, C. M., Tan, L. H., Feng, C., Lee, C. W., Chua, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+investment+casting%3A+direct+and+indirect+approaches+via+fused+deposition+modelling%5BTitle%5D)+AND+%22The+International+Journal+of+Advanced+Manufacturing+Technology%22%5BJournal%5D)">Rapid investment casting: direct and indirect approaches via fused deposition modelling.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 23 (1-2), 1-2 (2004).</li>
<li>Harris, A., Wild, P., Stopak, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicone+Rubber+Substrata%3A+A+New+Wrinkle+in+the+Study+of+Cell+Locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Silicone Rubber Substrata: A New Wrinkle in the Study of Cell Locomotion.</a> Science. 208 (4440), (1980).</li>
<li>Moisan, M., Barbeau, J., Moreau, S., Pelletier, J., Tabrizian, M., Yahia, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-temperature+sterilization+using+gas+plasmas%3A+a+review+of+the+experiments+and+an+analysis+of+the+inactivation+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22International+journal+of+pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Low-temperature sterilization using gas plasmas: a review of the experiments and an analysis of the inactivation mechanisms.</a> International journal of pharmaceutics. (1-2), 226-221 (2001).</li>
<li>Etemadi, M., Chung, P., Heller, J., Liu, J., Rand, L., Roy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+BirthAlert+-+A+Clinical+Device+Intended+for+Early+Preterm+Birth+Detection%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Towards BirthAlert - A Clinical Device Intended for Early Preterm Birth Detection.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 10, (2013).</li>
<li>Etemadi, M., Chung, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+device+to+trend+impedance+and+fluorescence+of+the+cervix+for+preterm+birth+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Conf+Proc+IEEE+Eng+Med+Biol+Soc.+2013%2C+176%E2%80%939%2C+doi%3A10.1109%2FEMBC.2013.6609466%22%5BJournal%5D)">Novel device to trend impedance and fluorescence of the cervix for preterm birth detection.</a> Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2013, 176–9, doi:10.1109/EMBC.2013.6609466. , (2013).</li>
<li>Owen, S. R., Harper, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical%2C+microscopical+and+fire+retardant+studies+of+ABS+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Degradation+and+Stability%22%5BJournal%5D)">Mechanical, microscopical and fire retardant studies of ABS polymers.</a> Polymer Degradation and Stability. 64, 449-455 (1999).</li>
<li>Cassidy, P. E., Mores, M., Kerwick, D. J., Koeck, D. J., Verschoor, K. L., White, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+Resistance+of+Geosynthetic+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Geotextiles+and+Geomembranes%22%5BJournal%5D)">Chemical Resistance of Geosynthetic Materials.</a> Geotextiles and Geomembranes. 11, 61-98 (1992).</li>
<li>Akay, M., Ozden, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+residual+stresses+on+the+mechanical+and+thermal+properties+of+injection+moulded+ABS+copolymer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">The influence of residual stresses on the mechanical and thermal properties of injection moulded ABS copolymer.</a> Journal of Materials Science. 30 (13), (1995).</li>
</ol>

Żaden z autorów nie ma konkurencyjnych interesów finansowych w odniesieniu do pracy opisanej w tym artykule.

Ze wszystkich opisanych kroków, staranne zaprojektowanie formy ma kluczowe znaczenie dla sukcesu. Wzorzec formy powinien być utworzony jako bryła z geometrią zewnętrzną równą urządzeniu końcowemu. Geometrie te należy dostosować tak, aby uwzględniały skurcz materiału spowodowany wybranym elastomerem, a także rozdzielczość i tolerancje drukarki 3D. Rozmieszczenie linii podziału formy i otworów przelotowych dla prętów gwintowanych i jest od siebie zależne. Dodanie linii neutralnych zwiększa liczbę liniowych i obrotowych sto...

Wtrysk wtryskowy cieczy (LIM) (znany również jako wtryskiwanie reakcyjne) jest często wykorzystywany do produkcji urządzeń elastomerowych z elastomerów termoutwardzalnych, jednak wysokie koszty oprzyrządowania i sprzętu wymagają dużych nakładów kapitałowych na starcie1. Co więcej, LIM może być technicznie trudny i kosztowny w implementacji w przypadkach skomplikowanej geometrii oraz wymagań dotyczących nadformowania. W rezultacie stosowanie tradycyjnego LIM jest zazwyczaj niepraktyczne przy bardzo niskich wolumenach produkcji lub w przypadku wczesnych projektów urządzeń, które często podlegają iteracyjnym poprawkom.
Typowa procedura wtryskiwania elastomerowych materiałów polega na wtryskiwaniu ciekłych monomerów pod ciśnieniem około 150 psi do formy przy użyciu specjalistycznych maszyn wtryskowych2. Kontroluje się temperaturę i ciśnienie, aby zapewnić przepływ laminarny i zapobiec uwięzieniu powietrza w formie3. Surowce to zazwyczaj dwuskładnikowe systemy utwardzalne, takie jak silikon utwardzany platyną, które przed wtryskiem są przechowywane w oddzielnych komorach z kontrolą temperatury. Oba składniki surowca są pompowane do komory mieszania wysokiego ciśnienia, która następnie zasila wtrysk do otworu formy. Utwardzanie odbywa się dzięki obecności katalizatora oraz temperaturze w zakresie 150-200 °C4. Formy są zazwyczaj obrabiane mechanicznie ze stali lub aluminium z precyzyjnymi tolerancjami, aby zapewnić szczelne domknięcie na krawędziach rozdzielczych3,5. Niestety proces ten jest zazwyczaj bardziej odpowiedni dla produkcji na większą skalę, ze względu na wysokie koszty wykonania oprzyrządowania form oraz wymóg stosowania specjalistycznych systemów wtrysku i sterowania sprzężeniem zwrotnym.
W celu szybkiego prototypowania części z poliuretanu (PU) można zastosować stereolitografię (SLA) do stworzenia modelu wzorca i wykonania formy z gumy silikonowej6,7. Technika ta nie nadaje się jednak do przetłaczania (overmolding), ponieważ trudno jest uzyskać precyzyjne wyrównanie przetłaczanych komponentów, gdyż silikon z założenia nie stanowi sztywnej struktury. Ponadto produkcja urządzeń o złożonej geometrii, takich jak wywroty lub sekcje wydrążone, jest trudna lub niemożliwa. Wymogi dotyczące złożonych lub precyzyjnych linii rozdzielczych formy oraz sztywnych, cienkich elementów są najczęściej niezgodne z procesem odlewania z ciekutkiej gumy.
Wspomniane procesy w skali produkcyjnej lub późne etapy prototypowania są często niepraktyczne w początkowej fazie opracowywania wyrobów medycznych, gdy do potwierdzenia koncepcji i wykonalności w badaniach na ludziach konieczne jest wyprodukowanie zaledwie kilku urządzeń, co często ma miejsce w środowiskach akademickich i startupach. Brak alternatyw sprawia, że nawet wczesny etap rozwoju wiąże się z wysokimi kosztami, co zmusza wielu projektantów do ograniczania funkcjonalności urządzeń lub wstrzymywania prac do czasu pozyskania dodatkowych funduszy. Przyczynia się to do drastycznego spowolnienia procesu opracowywania, ponieważ znaczna część wyrobów medycznych wymaga implementacji złożonych funkcji. Trudne jest również finansowanie kosztownego rozwoju takich urządzeń, gdyż dane potwierdzające koncepcję często nie są jeszcze dostępne. Napotkaliśmy tę przeszkodę w niedawnym projekcie w naszym laboratorium, dotyczącym opracowania silikonowej sondy dopochwowej z wtopionymi czujnikami elektrycznymi i optycznymi, która wymagała końcówki w kształcie kielicha, aby dopasować się do określonej geometrii szyjki macicy. Proces opisany w niniejszym artykule dokumentuje naszą próbę przełamania tego błędnego koła i szybkiego osiągnięcia etapu potwierdzenia koncepcji dla wyrobów medycznych z LIM.
Technika przedstawiona na Rysunku 1 dzieli proces LIM na 5 głównych etapów: (1) projektowanie i wykonanie formy, (2) montaż formy, (3) mieszanie elastomeru, (4) wtryskiwanie elastomeru oraz (5) utwardzanie elastomeru i wyjmowanie z formy.
<img alt="Schemat procesu druku 3D: projekt CAD, montaż formy, mieszanie elastomeru, wtryskiwanie, etapy utwardzania." fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig1highres.jpg" width="600" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Przegląd protokołu. Przegląd protokołu, który obejmuje: (1a) tworzenie formy przy użyciu narzędzi wspomagającego projektowania komputerowego (CAD), (1b) druk 3D elementów formy, (2) montaż elementów formy za pomocą prętów gwintowanych i śrub, (3) mieszanie ciekłego elastomeru i nabieranie go do strzykawki, (4) wtryskiwanie ciekłego elastomeru do formy przy użyciu zmodyfikowanego deskryptora, (5a) utwardzanie elastomeru w piecu z kontrolą temperatury oraz (5b) wyjmowanie utwardzonego urządzenia elastomerowego z elementów formy.
Projektowanie formy obejmuje opracowanie modelu głównego formy w oprogramowaniu do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD), odjęcie modelu głównego od litego bloku oraz zdefiniowanie linii podziału formy. Elementy formy są wytwarzane, a następnie montowane za pomocą śrub, prętów i nakrętek, przy czym komponenty do przetlenienia są umieszczane w gnieździe formy. Mieszanie elastomeru polega na połączeniu części A i B surowca oraz odgazowaniu w celu usunięcia potencjalnych pustych przestrzeni w materiale. Następnie wtryskiwanie elastomeru polega na wypełnianiu gniazda formy pod wpływem ciśnienia, po czym następuje utwardzanie elastomeru w piecu o kontrolowanej temperaturze, aby zapewnić chemiczne sieciowanie łańcuchów polimerowych.
Podział procesu wtryskiwania na te etapy pozwala zrezygnować z tradycyjnego sprzętu do LIM na rzecz niskokosztowych alternatyw. Na przykład zamiast obrabiać metalową formę lub odlewać formę z gumy silikonowej z modelu wzorcowego, formy wykonane zgodnie z protokołem opisanym w niniejszym manuskrypcie zostały stworzone z tworzywa akrylonitrylo-butadien-styrenu (ABS) przy użyciu drukarki 3D wykorzystującej modelowanie poprzez osadzanie stopionych materiałów (FDM)8,9. W porównaniu do budowy form metalowych lub form SLA, FDM jest zazwyczaj tańszym i szybszym procesem. Dość złożone formy można szybko wydrukować na wewnętrznej drukarce 3D lub tanio zamówić w jednej z wielu dostępnych usług kontraktowego druku 3D. Na przykład do odlewu zaprezentowanej sondy dopochwowej w sekcji wyników reprezentatywnych wykorzystano złożoną, ośmioczęściową formę wydrukowaną w 3D, przedstawioną na Rysunkach 14 i 15. Wszystkie elementy tej formy można wydrukować w ciągu około 1,5 dnia na wewnętrznej drukarce 3D. Czas realizacji dla prostszych form może wynosić zaledwie kilka godzin. Całkowity czas niezbędny do prototypowania urządzenia przy użyciu drukarek 3D FDM do tworzenia form jest zbliżony do czasu wymaganego do odlania formy z gumy silikonowej i stworzenia prototypu z poliuretanu. Jednakże użycie drukarek 3D FDM do tworzenia form umożliwia osiągnięcie kilku rzeczy, których nie da się łatwo zrealizować przy użyciu formy silikonowej: (1) można stosować wiele elastomerów termoutwardzalnych, pod warunkiem, że wydrukowana w 3D forma wytrzyma wymagane temperatury utwardzania, (2) można tworzyć złożone geometrie przy użyciu wielu różnych elementów formy i linii podziału oraz (3) zastosowanie sztywnych elementów formy pozwala na precyzyjne i powtarzalne wyrównanie komponentów wtryskiwanych wewnątrz wnęki formy.
Zamiast korzystania z tradycyjnej maszyny do wtryskiwania elastomerów w ciekłej formie (LIM), która łączy mieszanie, wtryskiwanie i utwardzanie, można użyć mieszalnika laboratoryjnego w celu zapewnienia homogenicznego zmieszania, zmodyfikowanego deskykatora do wtryskiwania oraz standardowej pieca z regulacją temperatury do utwardzania. System wtryskiwania stworzono z ogólnodostępnych komponentów; obejmuje on dodanie linii zasilającej pod dodatnim ciśnieniem do deskykatora, która łączy się ze strzykawką wypełnioną zmieszanym elastomerem. Ciśnienie w komorach nazwojowych deskykatorów jest zazwyczaj kontrolowane za pomocą zaworu trójdrożnego między komorami, linii próżni oraz atmosfery. Zmodyfikowany deskykator posiada dodatkową linię zasilającą pod dodatnim ciśnieniem, doprowadzoną do tyłu tłoka strzykawki. Umożliwia to stworzenie różnicy ciśnień rzędu 40-50 psi, która jest wystarczająca do wtryskiwania ciekłego materiału do wnęki formy.
Technika ta pozwoliła nam na wytworzenie silikonowych sond dopochwowych z zatopionymi czujnikami elektrycznymi i optycznymi w celu zebrania danych potwierdzających koncepcję (proof-of-concept) dla pierwszej fazy badań klinicznych. Wybrano silikon ze względu na konieczność zapewnienia obojętności biologicznej oraz możliwość sterylizacji różnymi metodami10,11. Ponadto urządzenie wymagało złożonej i nietypowej geometrii w kształcie kielicha na końcu sondy, gdzie znajdują się czujniki stykające się z szyjką macicy. Bez zastosowania opisanej techniki proces produkcji tych urządzeń byłby znacznie kosztowniejszy i bardziej czasochłonny. Ta adaptacja procesu LIM zmniejsza koszty i wymagania sprzętowe w porównaniu do tradycyjnego procesu LIM, co czyni praktycznym zastosowanie szybkiego i iteracyjnego podejścia do projektowania urządzeń elastomerowych.

<table><tbody><tr><td>Materiał modelu ABS</td><td>Stratasys</td><td>P430</td><td>Materiał modelu dla uPrint Plus SE (Krok: Projektowanie formy i Produkcja)</td></tr><tr><td>Rozpuszczalny materiał podporowy</td><td>Stratasys</td><td>SR-30</td><td>Materiał nośny do uPrint Plus SE (Krok: Projektowanie formy i Produkcja)</td></tr><tr><td>Podwodny uszczelniacz silikonowy, tuba 2,8 uncji, przezroczysty</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>7327A21</td><td>Silikonowy RTV do uszczelniania szczelin na liniach rozdzielania formy (krok: montaż formy)</td></tr><tr><td>Rurki, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" grubości ścianki, ultra-odporne chemicznie Tygon PVC, przezroczyste</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5046K11</td><td>Formuje adapter prowadnicy/wlewu między formą a strzykawką z elastomerem (Krok: mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Złącze, adapter, proste, męskie szybkozłącze (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K123</td><td>Podłącz kanał / wlew między formą a strzykawką za pomocą elastomeru (krok: mieszanie elastomerów)</td></tr> <tr><td>Złącze, adapter, stabilizator, żeńskie Szybkoobrotowe (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K213</td><td>Podłącz kanał / wlew między formą a strzykawką za pomocą elastomeru (Krok: Elastomer Mixing)</td></tr><tr><td>Cap, żeński Quick-turn (Luer lock), Nylon</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>51525K315</td><td>Nasadka zapobiegająca wyciekaniu silikonu z formy po wtrysku (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr> <tr><td>Płynna guma silikonowa (LSR) 30 - 10:1, Implant Grade</td><td>Applied Silicone Corporation</td><td>PN40029</td><td>Zastąp wybranym elastomerem.&nbsp; To jest ten, który jest używany do sondy dopochwowej (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Strzykawki (BD), 1 ml Slip-Tip, niesterylnie czyste, luzem</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-00</td><td>Strzykawki do przenoszenia materiału elastomerowego (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Strzykawki (BD), 1 ml Slip-Tip, niesterylnie czyste, luzem</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-04</td><td>Strzykawki do przenoszenia materiału elastomerowego (Etap: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Strzykawka, 20 ml, otwarty otwór, tłok z pełnym pierścieniem i uchwytem</td><td>Qosina Corporation</td><td>C1200</td><td>Strzykawki do przenoszenia materiału elastomerowego.&nbsp; Otwarty otwór jest stosowany do bardzo lepkich elastomerów. (Krok: mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Igła (BD), Niesterylnie czysta z osłonkami, 18 G x 1.5" Lg., Stal nierdzewna, BD Bulk</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-07945-76</td><td>Służy do usuwania kolumny powietrza między tłokiem strzykawki a elastomerem (Krok: Mieszanie elastomeru)</td></tr><tr><td>Plastikowe kubki, 12 uncji, Clear</td><td>Safeway</td><td>N/A</td><td>Służy do mieszania silikonu w THINKY Mixer (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Torba polietylenowa, Open-Top, Płaska, 5" Szerokość x 6" Wysokość, 2-MIL Czw.</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>1928T68</td><td>Służy do mieszania silikonu w mieszalniku THINKY (Krok: Mieszanie elastomeru)</td></tr><tr><td>Gumowa taśma, bez lateksu, pomarańczowy, rozmiar 64, 3-1/2" L x 1/4" W</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>12205T96</td><td>Służy do mieszania silikonu w THINKY Mixer (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Parafilm Wrap, 4" W</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>Służy do mieszania silikonu w THINKY Mixer (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Cylindry strzykawkowe z korkami, Luer Lock, pneumatyczne,&nbsp; 50 ml</td><td>EWD Solutions</td><td>JEN-JG50A-15</td><td>Mniejsze strzykawki mogą być używane, jeśli wymagana jest mniejsza ilość elastomeru, ale upewnij się, że jest ona kompatybilna z pneumatycznym adapterem strzykawki w komorze wtryskowej (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Taśma uszczelniająca, Gwint rurowy, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0,5 G/CC Ciężar właściwy</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4591K11</td><td>Taśma teflonowa do hermetycznych uszczelnień wokół gwintów (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Ostrza skalpela, jednorazowe, nr 22</td><td>VWR</td><td>21909-646</td><td>Służy do cięcia rurek i wyjmowania z formy (Krok: utwardzanie i Wyjmowanie z formy)</td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>VWR</td><td>21903-005</td><td>&nbsp;( Krok: Utwardzanie i Demolding)</td></tr><tr><td>2-propanol, J. T. Baker</td><td>VWR</td><td>JT9334-3</td><td>&nbsp;( Krok: Utwardzanie i Demolding)</td></tr><tr><td>Drukarka 3D uPrint Plus SE</td><td>Stratasys</td><td>uPrint Plus SE</td><td>Można używać innych drukarek 3D (Krok: Projektowanie formy i Produkcja)</td></tr> <tr><td>Śruba, nakrętka, sześciokątny,&nbsp; 1/4"-28, 2-1/2" Lg, 18-8 Stal nierdzewna</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>92198A115</td><td>używane z nakrętkami do ściskania formy (Krok: Montaż formy)</td></tr><tr><td>Nakrętka, sześciokątna, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Wysokość, 18-8 Stal nierdzewna&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>91845A105</td><td>używane z nakrętkami do ściskania formy (Krok: montaż formy)</td></tr><tr><td>Kołek, w pełni gwintowane, 1/4"-28, 1" Lg, 18-8 Stal nierdzewna&nbsp;</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>95412A567</td><td>Pręty gwintowane można przycinać na żądaną długość i są używane z nakrętkami do ściskania formy (Krok: Montaż formy)</td></tr><tr><td>Planetarny mikser odśrodkowy</td><td>THINKY USA Inc.</td>Mieszalniki <td>ARE-310</td><td>są zdecydowanie zalecane do dokładnego mieszania i skracania czasu odgazowywania, ale mieszanie ręczne jest w porządku (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Waga laboratoryjna</td><td>Mettler-Toledo International Inc.</td><td>EL602</td><td>&nbsp;( Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Adsorpcyjny kanister próżniowy, wielokrotnego użytku,&nbsp; 10-3/4" OD</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>2204K7</td><td>Ten eksykator służy do odgazowywania elastomeru (Krok: Mieszanie elastomeru)</td></tr><tr><td>Niestandardowy drukowany w 3D adapter miksera do kubka</td><td>NIE</td><td>DOTYCZY</td><td>Modelowany w Solidworks CAD i wydrukowany w 3D (Krok: Mieszanie elastomerów)</td></tr><tr><td>Przewody, gładki otwór, 1/4" ID, 1/2" OD, 1/8" grubości ścianki, PVC tygon o wysokiej czystości, przezroczysty</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K51</td><td>Rurka na zewnątrz eksykatora (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Rurka, gładki otwór, 3/8" ID, 5/8" OD, grubość ścianki 1/8", PVC Tygon o wysokiej czystości, przezroczysty</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5624K52</td><td>Rurki do dostosowania do zasilania powietrzem/próżnią (Krok: Wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złącze, Reduktor, Prosty, Zadzior próżniowy 3/8" Rura ID X Zadzior próżniowy 1/4" Średnica rury, Mosiądz</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K188</td><td>Dostosuj rurkę na zewnątrz eksykatora do rurki prowadzącej do dostarczania powietrza/próżni (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Zacisk, wąż i Rura, napęd ślimakowy, do rury o średnicy zewnętrznej 7/32" do 5/8", 5/16" Wd., 316 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5011T141</td><td>Stosowany na rurkach do tworzenia szczelnego uszczelnienia powietrznego/próżniowego na połączeniach (Krok: Wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Zacisk, wąż, Napęd ślimakowy z gładką taśmą, do rury o średnicy zewnętrznej 1/2" do 3/4", 3/8" Wd., 304 SS</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>5574K13</td><td>Stosowany na rurkach do tworzenia szczelnego uszczelnienia powietrznego/próżniowego na połączeniach (Krok: Wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złącze, trójnik, zadzior próżniowy 1/4" Tube ID, mosiądz</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K138</td><td>Trójnik Złącze między podciśnieniem, trójdrogowy zawór T na filtratorze i trójdrogowy zawór L (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złącze, trójnik, 1/4 NPT żeńskie x żeńskie x męskie, mosiądz</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>50785K222</td><td>Trójnik Złącze między manometrem, komorą i trójdrogowym zaworem L (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Zawór, kulowy, prosty, uchwyt T, 1/4 NPT żeński x męski, mosiądz</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4082T42</td><td>Zawór trójdrogowy L (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złącze, adapter, prosty, zadzior próżniowy 1/4" rura wewnętrzna x 1/4 NPT męska, mosiądz</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K132</td><td>Adapter do trójdrogowego zaworu L do rurki (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Piła, otwór, bimetal. 1-3/8" OD, 1-1/2" Głębokość cięcia</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A25</td><td>Służy do wycinania otworów w eksykatorze do łączników do ścian przelotowych (Krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Trzpień, piła 9/16" do 1-3/16", 1/4" sześciokątna</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A76</td><td>Służy do wycinania otworów w eksykatorze do złączek do ścian przelotowych (Krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Adapter trzpieniowy do otwornic o średnicy od 1-1 / 4" do 6"</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4066A77</td><td>Służy do wycinania otworów w eksykatorze do złączek do ścian przelotowych (Krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złączka, prosta, przelotowa, żeńska 1/2 NPT, polipropylenowa</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>36895K141</td><td>Złączki do ścian prowadzących do manometrów ciśnienia/podciśnienia (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złączka, adapter, prosty, redukcyjny,&nbsp; Tuleja, sześciokątna, 1/2 NPT męska x 1/4 NPT żeńska, mosiężna</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4429K422</td><td>Redukcja średnicy rurki wewnątrz eksykatora w celu dostosowania do pneumatycznego systemu strzykawkowego (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złącze, adapter, proste, redukcyjne, tuleja, sześciokątna, 1/4 NPT męska x 1/8 NPT żeńska, mosiądz</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4757T91</td><td>Zmniejszenie średnicy rurki wewnątrz eksykatora w celu dostosowania do pneumatycznego systemu strzykawkowego (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Złącze, adapter, prosty, zadzior próżniowy 1/4" rurka wewnętrzna x 1/8 NPT żeńska, mosiądz</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>44555K124</td><td>Redukcja średnicy rurki wewnątrz eksykatora w celu dostosowania do pneumatycznego systemu strzykawkowego (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Adaptery strzykawek, pneumatyczne, 30/50 ml</td><td>EWD Solutions</td><td>JEN-JG30A-X6</td><td>Pneumatyczny adapter strzykawki po wewnętrznej stronie eksykatora; musi być kompatybilny ze strzykawkami używanymi do przytrzymywania elastomeru (Krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Manometr, Próżnia dwuskalowa, Pokrętło 2-1/2", Męski 1/4 NPT, Złącze dolne, 30" Hg-0, Stalowa obudowa</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4002K11</td><td>Wakuometr (Krok: Wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Manometr, Dwuskalowe próżnia i związek, Tarcza 3-1/2", Męski 1/4 NPT, Środkowy tył, 30" Hg-0, 100 PSI, Stalowa koperta</td><td>McMaster-Carr Supply Company</td><td>4004K616</td><td>Manometr prowadzący do pneumatycznego systemu strzykawkowego (krok: wtrysk elastomeru)</td></tr><tr><td>Piekarnik, próżnia, izotemperatura, ekonomia&nbsp;</td>Można użyć standardowego piekarnika <td>próżniowego Fisher Scientific</td><td>280A</td><td>(Krok: Utwardzanie i Demolding)</td></tr><tr><td>Solidworks CAD</td><td>Dassault Syst&egrave; </td><td>Subskrypcja badawcza</td> MES <td>Solidworks Inne oprogramowanie CAD może być używane do wzorca formy i projektowania formy (Krok: Projektowanie formy i Produkcja)</td></tr></tbody></table>

szybkie i tanie prototypowanie wyrobów medycznych przy użyciu drukowanych w 3d form do formowania wtryskowego cieczy

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

Biologicznie obojętne elastomery, takie jak silikon, są korzystnymi materiałami do produkcji urządzeń medycznych, ale formowanie i utwardzanie tych elastomerów przy użyciu tradycyjnych procesów formowania wtryskowego płynów może być kosztownym procesem ze względu na koszty narzędzi i sprzętu. W rezultacie, stosowanie formowania wtryskowego w cieczach do tanich i szybkich prototypów było tradycyjnie niepraktyczne. Opracowaliśmy metodę szybkiej i taniej produkcji urządzeń do formowania wtryskowego płynnego elastomeru, która wykorzystuje drukarki 3D do modelowania osadzania topionego do projektowania form oraz zmodyfikowany eksykator jako system wtryskowy. Niskie koszty i szybki czas realizacji w tej technice obniżają barierę dla iteracyjnego projektowania i prototypowania złożonych urządzeń elastomerowych. Co więcej, modele CAD opracowane w tym procesie mogą być później dostosowane do projektowania oprzyrządowania do form metalowych, umożliwiając łatwe przejście do tradycyjnego procesu formowania wtryskowego. Wykorzystaliśmy tę technikę do produkcji sond dopochwowych o złożonej geometrii, a także do obtryskiwania części metalowych przy użyciu narzędzi powszechnie dostępnych w akademickich laboratoriach badawczych. Jednak technikę tę można łatwo dostosować do tworzenia urządzeń formowanych wtryskowo w płynie do wielu innych zastosowań.

<img alt="Szkice elementu w kształcie kubka z uchwytem, schemat obszarów wycięcia obrotowego z zaznaczoną osią Y i krawędzią formy." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51745/51745fig2highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Szkice 2D CAD. A) Szkic 2D, który można obrócić promieniście wokół osi Y, aby uzyskać element w kształcie kubka, podobny do elementu w urządzeniu sondy dopochwowej. B)</stro...

Opracowaliśmy metodę taniego i szybkiego prototypowania urządzeń do formowania wtryskowego płynnego elastomeru, używając drukarek 3D do modelowania osadzania topionego do projektowania form i zmodyfikowanego eksykatora jako systemu wtrysku cieczy.

Szybkie i tanie prototypowanie wyrobów medycznych przy użyciu drukowanych w 3D form do formowania wtryskowego cieczy

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest stworzenie urządzenia z elastycznego elastomeru o niestandardowej geometrii z wykorzystaniem elementów formy wydrukowanych w technologii 3D. Osiąga się to poprzez zaprojektowanie pożądanej geometrii formy w oprogramowaniu CAD i wydrukowanie elementów formy w 3D. Drugim krokiem jest złożenie elementów w kompletną formę, a następnie przygotowanie ciekłego elastomeru i wstrzyknięcie go do otworu formy.Ostatnim krokiem jest utwardzanie ciekłego elastomeru i wyjęcie powstałego urządzenia z formy. Ostatecznie technika ta umożliwia szybkie tworzenie małogabarytowych i niskokosztowych wyrobów medycznych w warunkach ograniczonych zasobów, co zazwyczaj byłoby możliwe jedynie w przemyśle lub w zakładach produkcyjnych na większą skalę. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z tradycyjnym wtryskiwaniem cieczy jest to, że pozwala ona na tworzenie wyrobów elastomerowych w środowisku akademickim lub przy ograniczonych zasobach.Tę technikę można wykorzystać do tworzenia prototypów wyrobów medycznych do badań klinicznych w celu oceny wykonalności nowych technologii medycznych. Możliwość szybkiej i niskokosztowej walidacji nowych wyrobów medycznych przy krótki

rapid-low-cost-prototyping-medical-devices-using-3d-printed-molds-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Szybkie i niskobudżetowe prototypowanie urządzeń medycznych z wykorzystaniem 3D drukowanych form do formowania wtryskowego płynów

Bioprinter został użyty do stworzenia wzorzystych hydrożeli na bazie formy ofiarnej.  Formę poloksamerową zasypano drugim hydrożelem, a następnie wymywano, pozostawiając puste przestrzenie, które wypełniono trzecim hydrożelem. Metoda ta wykorzystuje szybką elucję i dobrą drukowność poloksamera do generowania złożonych architektur z biopolimerów.

Drukowanie termoczułych form odwróconych do tworzenia wzorzystych dwuskładnikowych hydrożeli do hodowli komórkowych 3D

W tym artykule opisujemy różne techniki dla platform szybkiego prototypowania mikroprzepływów. Proponowane techniki opierają się na epoksydach wrażliwych na promieniowanie ultrafioletowe (UV) i utwardzanych temperaturowo, rurkach na bazie polidimetylosiloksanu (PDMS), łączeniu drutem i anizotropowych foliach adhezyjnych. Przedstawione procedury montażu zostały opracowane zarówno dla urządzeń jednorazowego użytku, jak i systemów mikroprzepływowych wielokrotnego użytku.

Wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania

Ten protokół opisuje platformę do produkcji samodzielnie składających się pierścieni tkankowych w różnych rozmiarach przy użyciu dostosowanej formy z tworzywa sztucznego wydrukowanej w 3D. Negatywy PDMS są utwardzane w formie wydrukowanej w 3D; następnie agaroza jest odlewana w utwardzonych negatywach PDMS. Komórki są wysiewane do powstałych studzienek agarozowych, gdzie agregują się w pierścienie tkankowe.

Wytwarzanie niestandardowych studzienek agarozowych do wysiewu komórek i samomontażu pierścieni tkankowych przy użyciu form drukowanych w 3D

Tutaj prezentujemy szybką, łatwą i tanią metodę wytwarzania niestandardowych form polidimetylosiloksanowych, które mogą być używane do produkcji hydrożelowych tkanek inżynieryjnych o skomplikowanej geometrii. Dodatkowo opisujemy wyniki ocen mechanicznych i histologicznych przeprowadzonych na zmodyfikowanych tkankach serca wytworzonych tą techniką.

Specjalnie zaprojektowane formy do kultur tkankowych od mistrzów trawionych laserowo

Przedstawiono protokół wytwarzania wkładek do formowania wtryskowego dla złożonej geometrii z mikrocechami na powierzchniach wykorzystujących Additive Manufacturing (AM).

Miękki łańcuch procesów narzędziowych do formowania wtryskowego komponentu 3D z mikrofilarami

Tutaj prezentujemy protokół budowy sterowanej ciśnieniem pompy strzykawkowej do zastosowań mikroprzepływowych. Ta pompa strzykawkowa jest wykonana z korpusu wytwarzanego przyrostowo, gotowego sprzętu i elektroniki typu open source. Powstały w ten sposób system jest tani, prosty w budowie i zapewnia dobrze regulowany przepływ płynów, co umożliwia szybkie badania mikroprzepływowe.

Trójwymiarowy druk materiałów termoplastycznych w celu stworzenia zautomatyzowanych pomp strzykawkowych ze sterowaniem zwrotnym do zastosowań mikroprzepływowych

Celem tej pracy jest zaprojektowanie i skonstruowanie trójwymiarowej drukarki do wytłaczania ze stopu opartej na zbiorniku, wykonanej z komponentów o otwartym kodzie źródłowym i tanich do zastosowań w przemyśle biomedycznym i spożywczym.

Projekt open-source, taniej drukarki 3D do wytłaczania biotuszu i żywności

Ten projekt pozwala małym laboratoriom na opracowanie łatwej w użyciu platformy do produkcji precyzyjnych wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych. Platforma składa się z wydrukowanego w trzech wymiarach adaptera do ustawiania maski mikroskopowej, za pomocą którego uzyskano wielowarstwowe urządzenia mikroprzepływowe z błędami wyrównania &lt;10 μm.

Projekt i opracowanie trójwymiarowo drukowanego adaptera do wyrównywania maski mikroskopowej do wytwarzania wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych

Pokazujemy użycie wzorzystych klejów aerozolowych do budowy 3D papierowych urządzeń mikroprzepływowych. Ta metoda nakładania kleju tworzy półtrwałe wiązania między warstwami, umożliwiając nieniszczący demontaż urządzeń jednorazowego użytku po użyciu i ułatwiając składanie złożonych struktur niepłaskich.

Wykorzystanie wzoru kleju do budowy urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D

Opisano wysokoprzepustową metodę mikromatrycową do identyfikacji polimerów, które redukują wiązanie powierzchni bakteryjnej na urządzeniach medycznych.

Wysokowydajna identyfikacja polimerów odstraszających bakterie do wyrobów medycznych

Poznaj metodę szybkiego prototypowania urządzeń z elastomerów ciekłych przy użyciu form drukowanych w 3D. Technika ta umożliwia niskokosztową produkcję wyrobów medycznych w środowiskach akademickich.

Szybkie i tanie prototypowanie wyrobów medycznych przy użyciu drukowanych w 3D form do formowania wtryskowego cieczy

Przeglądaj więcej filmów