Prototipagem rápida e de baixo custo de Dispositivos Médicos Usando 3D impresso moldes para moldagem por injeção líquida

Resumo

Nós desenvolvemos um método de baixo custo e prototipagem rápida de dispositivos de injeção de borracha elastômero líquido moldados usando impressoras 3D de modelagem por fusão e deposição de projeto de moldes e um secador modificado como um sistema de injeção de líquido.

Resumo

Elastômeros biologicamente inertes, tais como silicone são materiais favoráveis ​​para a fabricação de dispositivos médicos, mas formar e curar esses elastômeros usando processos de moldagem por injeção de líquido tradicionais pode ser um processo caro devido aos custos de ferramentas e equipamentos. Como resultado, tem sido, tradicionalmente, impraticável usar injeção líquida de baixo custo, aplicações de prototipagem rápida. Nós desenvolvemos um método para a produção rápida e de baixo custo de dispositivos de injeção de líquidos elastômero moldado que utiliza impressoras deposição modelagem 3D fundidas para projeto de moldes e um secador modificado como um sistema de injeção. Baixos custos e tempo de resposta rápido nesta técnica diminuir a barreira de forma iterativa concepção e prototipagem dispositivos elastômero complexos. Além disso, os modelos de CAD desenvolvido neste processo pode ser posteriormente adaptado para a concepção de ferramentas do molde de metal, permitindo uma fácil transição para um processo de moldagem por injecção tradicional. Nós temos usado esta técnica para fabricar intravagsondas Inal envolvendo geometrias complexas, bem como overmolding sobre peças de metal, utilizando ferramentas comuns dentro de um laboratório de pesquisa acadêmica. No entanto, esta técnica pode ser facilmente adaptado para criar dispositivos de injeção de líquidos moldadas para muitas outras aplicações.

Introdução

Moldagem por injeção de líquido (LIM) (também conhecido como moldagem por injeção de reação) é freqüentemente usado para a fabricação de dispositivos elastoméricas de elastômeros termofixos, mas os altos custos de ferramental e equipamentos requerem uma grande quantidade de investimento antecipado de capital de ^1. Além disso, LIM pode ser tecnicamente desafiadora e cara de implementar em casos com geometria e requisitos para overmolding complexa. Como resultado, é normalmente impraticável usar LIM tradicional em volumes ultra-baixas ou com desenhos de dispositivos em fase inicial, que muitas vezes incorrem revisões iterativos.

O procedimento típico para materiais elastoméricos de moldagem por injeção envolve a injeção de monômeros líquidos com pressões em torno de 150 psi em um molde utilizando especializada máquinas de moldagem ^2. As temperaturas e as pressões são controlados para garantir o fluxo laminar e evitar que o ar ficar aprisionado no molde ^3. As matérias-primas são geralmente sistemas de cura em duas partes, como a cura de platina silicone, tchapéu são mantidos em câmaras separadas e controladas de temperatura, antes da injecção. Ambos os componentes da matéria-prima é bombeado para uma câmara de mistura de alta pressão, que, posteriormente, se alimenta para dentro da cavidade do molde. A cura é conseguida pela presença de um catalisador bem como a temperaturas em torno de 150-200 ° C ^4. Os moldes são normalmente usinados em aço ou alumínio para tolerâncias precisas para criar uma boa vedação em torno de despedida bordas ^3,5. Infelizmente, este processo é geralmente mais adequado para dadas elevados custos de fabricação do molde maior escala de ferramentas, bem como a necessidade de sistemas de injecção e de controlo de feedback especializados.

Para a prototipagem rápida de poliuretano (PU) partes, é possível a utilização de estereolitografia (SLA) para criar um mestre de molde e produzir um molde de borracha de silicone ^6,7. No entanto, esta técnica não é adequada para a sobremoldagem, uma vez que é difícil conseguir um alinhamento preciso dos componentes supermoldados, como o silicone é, porprojetar, não uma estrutura rígida. Além disso, a produção de dispositivos com geometrias complexas, como invaginações ou seções fora sem preenchimento, é difícil ou impossível. A exigência de linhas de partição de moldes complexos ou precisos e elementos finos rígidas são mais frequentemente do que não, incompatível com o processo de moldagem de borracha líquida.

Os processos de prototipagem mencionada produção em escala ou em estágio final são muitas vezes impraticáveis ​​para a fase inicial de desenvolvimento do dispositivo médico em que alguns dispositivos precisam ser produzidos para a prova de conceito e de viabilidade em estudos em seres humanos, como é frequentemente o caso em laboratório acadêmico e start-up ambientes da empresa. A falta de alternativas, muitas vezes significa que, mesmo em estágio inicial de desenvolvimento seria incorrer em custos elevados, exigindo muitos desenvolvedores de dispositivos para limitar a funcionalidade do dispositivo ou colocar o desenvolvimento em espera enquanto os fundos adicionais são levantadas. Isto contribui para uma diminuição dramática do processo de desenvolvimento dado que uma grande fracção de dispositivos médicos re quire implementação de características complexas. Também é difícil para financiar o desenvolvimento caro de tais dispositivos, pois os dados de prova de conceito é muitas vezes ainda não estabelecida. Encontramos esse obstáculo em um projeto recente dentro deste laboratório, que envolveu o desenvolvimento de uma sonda intravaginal de silicone com sensores elétricos e ópticos supermoldados que exigiam uma dica copo-como se conformar com geometrias cervicais especificadas. O processo descrito neste artigo documenta a nossa tentativa de contornar este ciclo vicioso e rapidamente chegar a uma prova de conceito para os dispositivos médicos LIM.

A técnica mostrada na Figura 1 desconstrói o processo LIM em 5 atividades principais: (1) concepção de moldes e de produção, (2) de montagem de molde (3) mistura de elastômero, (4) de injeção de elastômero, e (5) de elastômero de cura e desmoldantes.

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.. Figura 1 Protocolo Geral Visão geral do protocolo, que envolve: (1a) a criação de um molde utilizando ferramentas de desenho assistido por computador, (1b) 3D imprimir as peças do molde, (2) a montagem das peças do molde, utilizando barras roscadas e parafusos, ( 3) a mistura de elastómero líquido e carregá-la na seringa, (4) a injecção do elastómero de líquido no interior do molde utilizando um exsicador modificado, (5a) a cura do elastómero num forno de temperatura controlada, e (5b) do dispositivo de desmoldagem de elastómero curado a partir de as peças do molde.

Projeto de molde envolve o desenvolvimento de um mestre de molde em desenho assistido por computador (CAD) software, subtração do mestre de molde a partir de um bloco sólido e definição das linhas de partição do molde. Peças do molde são criados e, em seguida, montado por meio de parafusos, varetas, e porcas com componentes supermoldados posicionado na cavidade do molde. Elastômero mixing envolve a combinação de partes A e B da matéria-prima e de desgaseificação para remover possíveis espaços vazios no material. Em seguida, envolve a injecção de elastómero de enchimento controlado por pressão da cavidade do molde, seguida por cura elastómero num forno de temperatura controlada para assegurar a reticulação química das cadeias de polímero.

Quebrando o processo de moldagem por injeção para essas etapas nos permite renunciar equipamentos LIM tradicional em favor de alternativas de baixo custo. Por exemplo, em vez de usinagem de um molde de metal ou lançando um molde de borracha de silicone a partir de um mestre de molde, os moldes criados a partir do protocolo descrito neste manuscrito foram criados a partir de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) plástico usando uma modelagem por fusão e deposição (FDM) 3D ^8,9 impressora. Comparado com a construção de moldes de metal ou moldes de SLA, FDM é geralmente um processo mais barato e mais rápido. Moldes bastante complexas podem ser rapidamente impresso sobre uma impressora 3D em casa, ou mais barato produzido por um dos muitos contrato printin 3Dserviços disponíveis g. Por exemplo, um complexo de oito peças 3D impressa molde foi utilizado para converter a sonda intravaginal demonstrado na secção de resultados representativos e mostrado nas Figuras 14 e 15. Todas as peças para esse molde pode ser impresso em aproximadamente 1,5 dias em uma impressora 3D em casa. Tempos de resposta para moldes mais simples pode ser de algumas horas. O comprimento total de tempo necessário para o protótipo de um dispositivo utilizando impressoras FDM 3D para criar moldes é semelhante ao tempo necessário para moldar um molde de borracha de silicone e criar um protótipo de poliuretano. No entanto, usando impressoras FDM 3D para criar moldes permite várias coisas que não pode ser facilmente conseguida utilizando um molde de silicone: (1) diversos elastómeros termoendurecíveis podem ser utilizados, desde que o molde de impresso-3D pode tolerar as temperaturas de cura necessários, (2) geometrias complexas pode ser criado com a utilização de muitas peças do molde diferentes e linhas de separação, e (3) o uso de peças de moldes rígidos permite preciso e reprodutibilidadeble alinhamento dos componentes supermoldados dentro da cavidade do molde.

Em vez de utilizar uma máquina tradicional LIM, que combina a mistura, a injecção, e de cura, é possível a utilização de um misturador de laboratório para assegurar uma mistura homogénea, num exsicador modificada para a injecção, e um forno de temperatura controlada padrão para a cura. O sistema de injecção foi criado usando componentes fora-the-shelf e envolve a adição de uma linha de fornecimento de pressão positiva para o exsicador que se conecta a uma seringa cheia de elastómero misturado. Pressurização Câmara em bancadas dessecadores normalmente é controlada por uma válvula de três vias entre as câmaras, uma linha de alimentação de vácuo e atmosfera. O exsicador modificado acrescenta uma linha de fornecimento de pressão positiva de alimentação para a parte de trás de um êmbolo de seringa. Isso permite a criação de um diferencial de pressão de 40-50 psi, que é suficiente para a injecção de material líquido no interior da cavidade do molde.

Esta técnica permitiu-nos produce silicone sondas intravaginais com sensores elétricos e ópticos supermoldados de recolher prova-de-conceito de dados para um ensaio clínico de Fase I. Silicone foi seleccionado por causa da necessidade de inércia biológica, bem como a capacidade de esterilizar com uma variedade de métodos de ^10,11. Além disso, o dispositivo é necessária uma geometria semelhante a taça complexo e não convencional na ponta da sonda em que os sensores estão localizados para fazer a interface com o colo do útero. Sem a utilização da técnica descrita, que teria sido um processo muito mais dispendioso e demorado para produzir esses dispositivos. Esta adaptação do processo LIM reduz custos e requisitos de equipamento, quando comparado com o processo tradicional LIM, tornando-o prático para adoptar uma abordagem rápida e iterativa para projetar dispositivos elastoméricos.

Protocolo

Este protocolo descreve o uso de terminologia e características específicas no software SolidWorks utilizado para Mold Design e etapas de produção, apesar de outros pacotes de software também pode ser usado para obter o mesmo resultado.

1. Mold Design e Produção

1. Projetar um mestre de molde a escala usando computer-aided design (CAD) software. Os procedimentos específicos no desenho do molde mestre irá variar dependendo da geometria específica do dispositivo de elastómero desejado. Este e etapas subseqüentes irá ilustrar os passos fundamentais para elaborar um projeto específico mestre e molde que cerca o dispositivo se assemelha a sonda intravaginal retratado na seção de resultados representativos.
   1. Para definir a extremidade da sonda, criar um esboço em 2D no plano direito que especifica os limites internos e externos de um corte transversal radial da geometria semelhante a taça semelhante ao da Figura 2A. Use a ferramenta de esboço "Smart Dimension"para definir as dimensões do esboço. Assegurar que todas as geometrias são devidamente limitada pela adição de relações suficientes entre elementos do esboço. Quando terminar, saia do esboço.

   
   Figura 2. 2D CAD Sketches. A) do esboço em 2D que podem ser radialmente girava em torno do eixo Y para produzir uma funcionalidade semelhante a taça semelhante à do dispositivo de sonda intravaginal. B) do esboço em forma de lágrima 2D que podem ser extrudidos para fora do plano para um prisma como a estrutura que forma o identificador do dispositivo intravaginal sonda. C) Um exemplo esboço que cria duas regiões na seção transversal radial da região característica do copo-like do molde. Cortes girava seletivamente na Região 1 ou Região 2 em torno do eixo Y irá produzir diferentes peças do molde.

   2. Use o recurso "revolvido Boss / Base" para girar o esboço 2D de 360 ​​° sobre o eixo Y para produzir um recurso 3D que se assemelha a um copo. Contornos individuais e / ou regiões do esboço podem ser selecionados individualmente a girar seletivamente áreas desejadas do esboço com cada invocação do recurso "revolvido Boss / Base".
   3. Para definir o cabo da sonda, criar um esboço em 2D no plano de topo que especifica os limites externos de uma secção transversal da geometria da lágrima como semelhante à da Figura 2B. Quando terminar, saia do esboço.
   4. Use o recurso "Ressalto / base extrudado" para expulsar contornos selecionados e / ou regiões do esboço 2D no Y-direção. As extrusões podem ser extrudido em ambos os Y direcções positivas e negativas e também pode ser especificada para o início / fim de aviões especificados, superfícies ou compensações fixas. Especificar a extrusão para começar na base da geometria do tipo copo e estendida longe a abertura da geometria semelhante a taça.
2. Em um arquivo de CAD separada, desenhe um corpo sólido prisma retangular que é grande o suficiente para envolver o mestre de molde.
   1. Para definir o prisma retangular, crie um retângulo em um esboço 2D no Top Plane. Certifique-se de X-dimensão do retângulo é maior do que a maior geometria mestre de molde na direção X e Y-dimensão do retângulo é maior do que a maior geometria mestre molde no Y-direção. Quando terminar, saia do esboço.
   2. Use o recurso "Ressalto / base extrudado" para expulsar da região delimitada pelo retângulo no desenho 2D no Y-direção. Verifique se o comprimento de extrusão é maior que o mais longo geometria mestre molde no Y-direção.
3. Combine o mestre de molde eo prisma retangular para formar o negativo do molde.

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Figura 3. Criando o molde em CAD. Desenhos CAD do mestre molde (direita) e negativo molde (à esquerda) para um dispositivo de sonda intravaginal é retratado. O molde é negativa criada pela subtracção da geometria do molde mestre de um prisma rectangular e, eventualmente, ser dividida em duas ou mais partes e tornar-se um molde funcional.

3. 1. Importe o mestre de molde para o arquivo de CAD com o prisma retangular. Alinhar o mestre de molde de tal forma que ele é centrado e completamente encerrado dentro do prisma rectangular.
   2. Use o "Combine" característica e selecione a opção "Subtrair" tipo de operação para criar a cavidade do molde (Figura 3).
   3. Se usar com uma impressora de baixa resolução em 3D (a maioria das impressoras 3D FDM), nota que a maioria dos pequenos recursos não pode ser impresso como eles estão sob dimensão do traço mínimo da máquina. Assim, apontou cantos e bordas deve serarredondado usando "Filé" ou "chanfro", já que esses recursos são muito bons para a impressora de resolver.
      Nota: Se for desejado sobremoldagem, as partes da cavidade do molde deve ser concebido de tal modo que o componente de sobre-moldado pode ser posicionado e constrangido dentro da cavidade do molde. Isto pode ser feito definindo porções do molde para proporcionar guias de alinhamento para o componente sobremoldado (Figura 4).

Figura 4. Projetando guias de alinhamento no molde. Explodida desenho CAD da base do molde, tubo de fibra óptica, e componentes do eletrodo. O tubo de fibra óptica e eletrodos devem ser precisamente posicionado e moldados para produzir uma sonda intravaginal. Guias de alinhamento são projetados para a base de molde a permitir que esses componentes parapermanecer no local enquanto elastômero líquido está sendo injetado na cavidade do molde.

4. Definir linhas de separação, que irá cortar o molde em várias partes, e por meio de furos de passagem para os varões roscados e os parafusos para segurar as peças do molde entre si (figuras 5 e 6). Posicionamento específico de linhas de separação e através da haste-buracos são dependentes do posicionamento relativo de um outro, dentro da geometria da cavidade do molde.

. Figura 5 Mold:. Vista explodida explodida desenho CAD do conjunto molde acabado para o dispositivo de sonda intravaginal. A geometria da cavidade do molde não especifica apenas as geometrias externas do dispositivo de sonda intravaginal final, mas também proporciona fixação e de posicionamento de pontos de componentes a serem moldados. Especificamente, o moldegeometria de base e as peças certas superior esquerdo e superior alinhar o tubo de fibra óptica, ea base do molde fornece inserções para alinhar os eletrodos no dispositivo final.

. Figura 6 Mold: Vista montado desenho CAD do conjunto molde acabado para o dispositivo de sonda intravaginal.. Elastómero líquido vai ser injectado na portão e preencher a cavidade do molde antes de fluir para o reservatório de transbordamento na parte superior. Aberturas que funcionam a partir da cavidade do molde para o reservatório do excesso é cuidadosamente concebido para as peças de alinhamento do molde, na parte superior.

4. 1. Linhas de partição são geralmente escolhidos de forma que gera simetrias bilaterais ou radiais. Eles devem ser definidos para evitar que pende sobre o outro na direcção do molde se abre, assegurando que um elastómero de completamente curadovice-dentro da cavidade pode ser removido do molde.
      1. Criar uma linha de separação bilateral, definindo um esboço em 2D rectangular no plano direito que se estende a partir da base da geometria semelhante a taça para o topo da pega da sonda. A largura do retângulo deve exceder a largura end-to-end do molde.
      2. Use o recurso de "corte extrudado" no desenho e especificar um corte em direção ao X-direção negativa para produzir uma parte. Especifique um corte em direção ao X-direção positiva para produzir outro, formado pela linha de separação bilateral.
      3. Temporariamente "Repressão" o recurso "corte extrudado" que acabou de ser criado. Os recursos podem ser suprimidos ou não suprimido para ocultar ou revelar os seus efeitos à geometria CAD funcionando. Alternância seletivo de uma combinação de "corte extrudado" ou características "revolvido Cut" será posteriormente usado para isolar cada parte do molde.
      4. Criar um radialmente sA linha de separação ymmetric para isolar as peças do molde da porção semelhante a taça da cavidade do molde através da definição de um esboço em 2D no plano direito. Um dos lados do esboço deve seguir o eixo dos Y, enquanto as outras arestas do esboço deverá se estender para além dos bordos do molde na parte radialmente simétrico do molde. Este desenho também deve ter linhas ou curvas que cortam as regiões internas na secção transversal radial da geometria semelhante a taça, que define duas ou mais regiões em secção transversal radial, como mostrado na Figura 2C.
      5. Use um recurso de "revolvido Cut" no esboço, a seleção de regiões específicas definidas pelo esboço para remover partes do molde que não são desejados na parte isolada. Regiões não seleccionados do esboço permanecerá, produzindo a parte desejada, após o corte de revolução está concluída.
         Nota: Se sobremoldagem é desejado, linhas de partição também deve garantir que o componente sobre-moldado pode ser posicionado facilmente no molde pré-injection e também removido a partir do molde de pós-cura.
   2. Definir furos de passagem para o molde ou usando o recurso de "Hole Wizard", pela definição de esboços 2D circulares em planos normais à superfície e, em seguida, aplicar o recurso "Corte extrudado" para aqueles desenhos (Figuras 5 e 6). Criar furos de passagem através de um orifício de folga de tamanho padrão, o que corresponde a haste ou parafuso roscado de tamanho padrão que está sendo usado.
5. Definir um portão no molde ou usando o recurso de "Hole Wizard", pela definição de esboços 2D em planos normais à superfície e, em seguida, aplicar o recurso "Corte extrudado" para aqueles desenhos (Figuras 5 e 6). A porta proporciona um ponto de entrada para o elastómero a ser injectado na cavidade do molde e, tipicamente, deve ser localizada na parte inferior da cavidade do molde.
6. Defina um ou mais aberturas na mold ou usando o recurso de "Hole Wizard", pela definição de esboços 2D em planos normais à superfície e, em seguida, aplicar o recurso "Corte extrudado" para aqueles desenhos (Figuras 5 e 6). Vents permitir que o excesso de elastômero para drenar a partir da cavidade do molde, uma vez que é totalmente completo para evitar acúmulo de pressão. Tipicamente, o melhor local para a colocação de ventilação está perto do topo do molde numa área que leva a um reservatório vazio para permitir que transbordam elastómero a piscina.
7. Assegure-se que a espessura da parede em qualquer parte do molde é, pelo menos, 1-1,5 cm de plástico ABS, se está a ser utilizada para moldes. As paredes devem ser rígido o suficiente para que eles não vão deformar substancialmente ou colapso quando peças do molde estão sob tensões de compressão de parafusos e barras roscadas.
   Nota: a espessura da parede em excesso ou não estruturais tendo paredes pode ser removido, se desejado para acelerar a impressão em 3D das peças do molde. Adicionalmente, paredes mais finas e o additião de secções escavadas vai reduzir a quantidade total de material utilizado e o custo associado a esse material. Esteja ciente de que algumas impressoras FDM vai fazer isso por padrão e pode vir a enfraquecer paredes mais do que o desejado.
8. Para cada peça de molde que é desejado, suprimir ou não suprima o respectivo "Corte extrudado" ou características "revolvido Cut" para isolar a parte individual do molde. Guarde cada peça de molde como um arquivo STL. Ou tipo de arquivo compatível com a impressora 3D que está sendo usado. Assegurar a resolução de malha desejado seja selecionado.
9. Carregar os arquivos STL. Na impressora 3D. Imprima as peças do molde e esperar até que o trabalho seja concluído.
10. Remova todo o material de apoio sobre as peças do molde, depois de terem terminado a impressão.
    Nota: as impressoras 3D variam em sua resolução de impressão com peças impressas a FDM geralmente tendo pior resolução do que as peças SLA-impressos. A rugosidade superficial pode ser reduzido após uma parte ter sido impresso em 3D ou lixando oupor tratamento dissolução química de luz, conforme descrito na seção de discussão.

2. Montagem de molde

1. Traga peças do molde para formar a cavidade do molde, alinhando os furos de passagem. Deslize barras roscadas ou parafusos nos furos de passagem.
   1. Opcional: Se sobremoldagem, posicionar os componentes a serem moldados na cavidade do molde durante a montagem das partes do molde (Figura 7). Se houver preocupação de componentes supermoldados deslocam no interior da cavidade durante a injecção de elastómero, uma pequena quantidade de adesivo de silicone RTV pode ser utilizada para fixar temporariamente e fracamente o componente no interior da cavidade do molde. Espere 15 minutos para o adesivo de silicone RTV para a cura.

Figura 7. Alinhamento de Componentes moldados. A) </ Forte> molde parcialmente montado, mostrando o alinhamento de dois tubos de aço inoxidável, uma pequena placa de circuito impresso, e seis eléctrodos no interior da cavidade do molde. Peças do molde de posicionamento no topo do molde junto com invaginações na base do molde constranger fisicamente o movimento de todos os componentes durante a injeção elastômero. B) vista Zoom do fundo de alinhar componentes perto da base do molde.

2. Fornecer compressão firme sobre o molde usando porcas em cada extremidade das hastes roscadas. A segunda porca em cada extremidade vai garantir as nozes são travados no lugar e não prematuramente afrouxar. Se estiver usando moldes de plástico garantir que as porcas estão firmemente no lugar, mas não demasiado apertada, para evitar deformação do molde.
3. Opcional: Seal lacunas com RTV silicone e esperar 15 min para a cura. Isso só é necessário se moldes de baixa resolução, como os produzidos via FDM são usados. Resolução limitada e tolerâncias pobres nas linhas de partição do molde pode criar unwalacunas nted. Alternativamente, a superfície de alisamento, como explicado na secção de discussão pode ser usado para melhorar a adaptação de linhas de separação.
4. Opcional: Aplicar libertação do molde para a cavidade do molde para fazer a desmoldagem fácil. No entanto, essa vontade revestir o dispositivo final com produtos químicos desmoldagem.
5. Criar um corredor ou sprue para levar para a porta molde.
   1. Insira um adaptador luer farpa-macho na porta da cavidade do molde. Certifique-se de um ajuste apertado.
   2. Conecte-o ao tubo com farpa-a-fêmea adaptadores luer-lock em cada extremidade. O adaptador luer fêmea exposta na extremidade distal do tubo irá eventualmente adaptar-se a uma seringa de 50 ml com a ponta luer macho.

3. Câmara Injeção

1. A câmara de injecção é um exsicador modificado fora da prateleira e deve ser criado antes de elastómero de mistura uma vez que o tempo de trabalho de elastómeros de duas partes, após a mistura é limitada. Figura 8 descreve o uso docâmara de injeção no processo de injeção.

Figura 8. Elastômero processo de injeção. Animação que retrata primeiro modificações em um secador de laboratório padrão para criar a câmara de injeção, e, em seguida, mostra a manipulação de pressões para injetar elastômero líquido com uma seringa em um molde. Clique aqui para ver este vídeo.

A Figura 9 é um diagrama esquemático que descreve como modificar o exsicador para criar a câmara de injecção completo.

Figura 9. Crcomendo a Injeção Câmara. Injeção Câmara após a modificação secador está concluída. Correspondentes etapas do procedimento são rotulados na figura.

Veja a Figura 10C e 10D para a câmara de injeção usado para fabricar a sonda intravaginal.

1. 1. Faça dois furos na tampa superior da parede da câmara do secador tampa.
   2. Em ambos os buracos instalar um vácuo avaliado através de parede encaixe de tubulação que atravessa parede tampa do dessecante e cria um selo.
      Nota: Use fita de PTFE ou qualquer outro tipo de selante tubo em componentes com conexões de encaixe de tubulação para garantir selos herméticos. Use grampos de tubo em qualquer farpado adaptadores de tubos / acessórios para reforçar a estanquidade ao ar e evitar tubos de escorregar.
   3. Instalar um medidor de pressão de vácuo no lado de fora da tampa para monitorizar a pressão na câmara. Isto é conseguido através da ligação do indicador de vácuo de um dos encaixes de tubos de parede por meio de vácuo, classificado com pipe de tubagem.
   4. Instalar um adaptador de seringa operado por ar, no lado interno da tampa no outro por meio de montagem na parede do tubo. Isto é conseguido através da ligação do adaptador da seringa para o tubo de parede através de montagem com tubo de vácuo nominal e acessórios para tubos.
   5. No lado externo do mesmo encaixe de tubulação de parede através de que tem o adaptador da seringa operado ao ar ligado, conecte um vácuo avaliado tubulação tee montagem. Em um ramo da tubulação tee montagem, conecte um medidor de vácuo / pressão composto por pressão da linha de monitoramento injetar. Por outro ramo, conectar um vácuo nominal de três vias L-válvula.
   6. Conecte um ramo da três vias L-válvula para um comprimento de tubulação que conduz a uma fonte de pressão positiva de ar usando tubos e acessórios para tubos. Deixe o outro ramo da três vias L-válvula não conectada no momento.
   7. A maioria dos dessecadores ter uma T-válvula de três vias embutido na parede da câmara. Adicionar tubulação conectando um ramo desta válvula a ummontagem tee tubo. O outro ramo da válvula vai ficar desligada e expostos a atmosfera, para fins de descarga de pressão da câmara.
   8. Conectar um ramo do encaixe do tubo T a um comprimento de tubo ligado a uma fonte de vácuo. Conecte o outro ramo do tubo T apropriado para o ramo de três vias L-válvula aberta a partir do passo 3.1.5 usando um pedaço de tubo de vácuo e tubo nominal de tubagem.

4. Elastômero Misturando

1. Determinar o volume aproximado de elastómero desejado, examinando o volume do ficheiro CAD mestre de molde. Aumente o volume em 5% para explicar a perda de elastômero durante a transferência entre recipientes nas próximas etapas. Calcular a quantidade de partes A e B do elastômero necessário baseado no fabricante sugeriu proporção de mistura.
2. Coloque um copo de plástico descartável em uma escala pesar e rasgou-o. Despeje parte A e parte B do elastômero no plasti descartávelc copo. Quaisquer agentes corantes ou aditivos também deve ser adicionado nesta etapa.
3. Selar a abertura da Copa, puxando um saco plástico sobre ele e selar com 3-4 faixas de borracha.
4. Misturar durante 2 minutos com um misturador de centrífuga para garantir uma mistura homogénea. Se uma configuração degas está disponível, misture um 1-2 min adicionais sobre a configuração de Degas. Se um misturador centrífugo não está disponível, a mistura manual pode ser utilizado, mas pode introduzir mais ar para dentro da mistura.
5. Prepare a seringa de injecção de elastómero usando uma tampa luer fêmea para vedar a parte inferior de uma seringa de 50 ml com a ponta luer macho. Fixe o selo com Parafilm e um elástico.
6. Transfira o elastômero do copo de plástico no 50 ml seringa luer-lock. Se elastômero está agarrando as paredes do copo de plástico, use traços largos para varrer elastômero residual que está agarrando as paredes do copo de plástico. Evitar muitos pequenos derrames, de modo a reduzir a introdução de ar na mistura.
7. Opcional: Degas elastômero após a transferência para a seringa no misturador centrífugo. Isso pode ajudar a acelerar o processo de desgaseificação descrito no passo 3.8.
   1. Selar a parte traseira aberta do 50 ml seringa luer-lock com Parafilm e por um elástico.
   2. Misturar com os desgaseifique ajuste durante 30 segundos para acelerar o processo de desgaseificação.
      Nota: misturadores centrífugos pode não ter um adaptador adequado para a realização de 50 ml seringas. Este passo pode requerer criação de um adaptador personalizado para o misturador de centrífuga, o que pode ser feito em CAD e 3D impressa.
   3. Uma vez terminado, remova o Parafilm e elástico na parte de trás da seringa.
8. Colocar a seringa com a parte traseira aberta em um exsicador e desgaseificar durante aproximadamente 30 minutos ou até que as bolhas no elastómero são eliminados. Tome o cuidado de considerar o tempo de trabalho do elastômero sendo usado; elastómeros de viscosidade mais baixa também irão desgaseificar mais rapidamente. Em seguida, retire a seringa do secador.
9. Coloque o êmbolo da seringa na parte traseira da seringa durante a remoção de ar retido.

Figura 10. Elastômero mistura e injeção. A) Após o elastómero líquido é misturado e desgaseificado, um êmbolo da seringa é introduzido para dentro da seringa. Ar entre o êmbolo e o elastómero é removido com o auxílio de uma agulha de seringa quando o êmbolo é inserido. B) A seringa com elastómero é ligado ao molde no portão através de acoplamentos de luer-lock. C) A câmara de injecção é uma modificação exsicador que pode gerar, pelo menos, 40-50 psi de pressão através do êmbolo da seringa, com a ajuda de um vácuo e de fornecimento de pressão de ar positiva. D) do molde após a injecção do elastómero utilizando a câmara de injecção.

9. 1. Coloque uma agulha de seringa lado afiado para baixo ao longo da parede da seringa sem tocar o elastómero dentro dela. Coloque o êmbolo da seringa para dentro da seringa a partir da parte traseira, permitindo que a agulha da seringa para libertar o ar preso entre o êmbolo da seringa e do elastómero (Figura 10A).
   2. Avance a agulha da seringa e êmbolo da seringa, se necessário até que não haja coluna de ar visível entre o êmbolo da seringa e elastômero. É aceitável se pequenas quantidades de elastômero sneak após a borda de vedação do êmbolo.
   3. Retire a agulha da seringa.

5. Elastômero Injeção

1. Remover a tampa luer fêmea na seringa contendo elastómero pronto para a injecção e ligar o macho da seringa luer-lock para o adaptador luer fêmea exposta sobre o molde montado (Figura 10B).
2. Prenda o adaptador da seringa operado ao ar na parte de trás da seringa de 50 ml com lu masculinoponta er-lock.
3. Colocar ambos, o molde e a seringa fixada na câmara de injecção. Neste ponto, a câmara de injeção deve ser semelhante à Figura 11.

Figura 11 elastômero Injection:. Começando câmara de injeção retratado no início do processo de injeção de elastômero de borracha líquida.. Ambos os lados do êmbolo da seringa são expostas a uma pressão ambiente.

4. Coloque a tampa na câmara de injecção, assegurando que uma vedação hermética é formada.
5. Puxar todo o sistema no interior da câmara de injecção para um vácuo.

Figura 12. ElastômeroInjecção:. Meio de fecho da válvula de 3 vias, perto do fundo da câmara de injecção e selos adicionais permite que ambos os lados do êmbolo da seringa a ser puxada para uma pressão negativa.

5. 1. Ligue ambas as válvulas de três vias na câmara de injecção de modo que a fonte de vácuo é contínua com a câmara exsicador e a coluna de ar por detrás do êmbolo da seringa.
   2. Lentamente puxar um vácuo até cerca de -14.5 psi é alcançada (Figura 12). Deixar a vácuo para manter esta pressão. A remoção do ar vai evitar a acumulação de bolhas na cavidade do molde, e ajudam a reduzir os espaços vazios no interior do dispositivo de elastómero.
6. Empurrar a pressão positiva na parte de trás do êmbolo da seringa.

. Figura 13 elastômero de injeção:Fim. Viragem da válvula de duas vias no topo da instalação permite a aplicação de pressão positiva do ar por trás do êmbolo da seringa, a geração de, pelo menos, 40-50 psi.

6. 1. Ligue o três vias válvula L a quebrar a continuidade entre a fonte de vácuo, enquanto que estabelece uma ligação entre a fonte de ar de pressão positiva e a parte de trás do êmbolo da seringa.
   2. Gradualmente rampa até a pressão positiva do fornecimento de ar, pelo menos até 25-35 psi é conseguido (Figura 13). Pressões mais elevadas são possíveis, dependendo da força de conexões de tubos usados ​​no aparelho de câmara de injeção.
   3. Espere até que o êmbolo da seringa tiver atingido a parte inferior da seringa ou até elastómero flui para fora das aberturas do molde. Estes indicam injeção é completa.
7. Volte a câmara de injeção de volta à pressão atmosférica.
   1. Desligue o vácuo e suprimentos de pressão de ar positivo.
   2. Aos poucos, transformaro L-válvula de três vias ligada ao adaptador de seringa operado por ar para trás de modo que seja fechado para fornecimento de ar e aberto para a fonte de vácuo. Isso deve desafogar toda a pressão positiva.
   3. Ligue o T-válvula de três vias para ventilar pressão residual na câmara até à pressão atmosférica.
8. Retire o molde e se preparar para elastômero de cura.
   1. Abra a câmara e retire o molde.
   2. Retire o adaptador da seringa operado por ar da parte de trás da seringa.
   3. Separar a seringa, bem como o tubo com dois adaptadores luer-lock farpa-a-fêmea.
   4. Coloque uma tampa luer fêmea no final masculina exposta do adaptador luer farpa-macho que é anexado ao portão de molde a prevenir elastômero de fluir para fora da cavidade do molde.

6. Elastômero de Cura e desmoldagem

1. Coloque o molde num forno de temperatura controlada e curar o elastómero. Consulte as especificações do fabricante de elastômeros para determine o tempo de cura e temperatura. A mistura de silicone para a sonda intravaginal ser demonstrada é curada a 70 ° C durante 5 hr.
2. Depois de elastómero é curado, remover o molde do forno.
3. Desmoldar o dispositivo de elastómero curado completamente.
   1. Remova as porcas e hastes ou parafusos do molde.
   2. Opcional: Se o adesivo de silicone RTV foi usado para selar as lacunas nas extremidades de partição, usar um bisturi para cortar ligeiramente no adesivo de silicone RTV de modo que as bordas divisório pode ser separada.
   3. Usar um bisturi para cortar e separar o dispositivo a partir de material elastómero adicional na porta ou aberturas. Usar um bisturi para cortar qualquer flash que podem ter sido formados nas bordas de separação do molde.
4. Limpar os moldes com toalhetes e solventes não destrutivas, tais como o álcool isopropílico.

Resultados

O molde e a sonda intravaginal nas Figuras 14 e 15 mostra os resultados representativos do processo apresentado neste artigo.

Figura 14 Mold. Totalmente montado. Totalmente montado de molde para o dispositivo de sonda intravaginal.

Discussão

De todos os passos descritos, design cuidadoso molde é o mais crítico para o sucesso. O mestre do molde deve ser criado como um corpo sólido com geometrias externas igual ao dispositivo final. Essas geometrias deve ser ajustado para ter em conta qualquer material de encolhimento devido ao elastômero escolhido, bem como resolução e tolerâncias impressora 3D. Colocação de linhas de partição do molde e furos de passagem para varão roscado e parafusos são dependentes um do outro. Adicionando linhas de partição aumenta o núm...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Material do modelo ABS	Stratasys	P430	para uPrint Plus SE (Etapa: Projeto de molde e Produção)
Material de suporte solúvel	Stratasys	SR-30	para uPrint Plus SE (Etapa: Projeto de molde e Produção)
Selante de Silicone Subaquático, Tubo de 2.8 Oz, Transparente	McMaster-Carr Supply Company	7327A21	Silicone RTV para vedação de lacunas em linhas de separação de moldes (Etapa: Montagem do Molde)
Tubulação, 1/8" ID, 1/4" OD, Espessura de Parede de 1/16", PVC Tygon ultra-resistente a produtos químicos, Transparente	McMaster-Carr Supply Company	5046K11	Forma adaptador de corredor/sprue entre o molde e a seringa com elastômero (Etapa: Mistura de Elastômero)
Acoplamento, Adaptador, Reto, Macho Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tubo Barb, Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K123	Conecte o corredor/sprue entre o molde e a seringa com elastômero (Passo: Mistura de Elastômero)
Acoplamento, Adaptador, Estático, Fêmea Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tubo Barb, Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K213	Conecte o corredor/sprue entre o molde e a seringa com elastômero (Passo: Mistura de Elastômero
)Tampa, Fêmea Quick-turn (Luer lock), Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K315	Tampa para evitar que o silicone vaze do molde após a injeção (Etapa: Mistura de Elastômero)
Borracha de Silicone Líquido (LSR) 30 - 10:1, Grau de Implante	Aplicado Silicone Corporation	PN40029	Substitua pelo elastômero de sua escolha.  Este é o usado para a sonda intravaginal (Etapa: Mistura de Elastômeros)
Seringas (BD), 1 ml Slip-Tip, limpeza não estéril, a granel	Seringas Cole-Parmer	WU-07945-00	para transferência de material de elastômero (Etapa: Mistura de Elastômeros)
Seringas (BD), 1 ml Slip-Tip, limpeza não estéril, a granel	Seringas Cole-Parmer	WU-07945-04	para transferência de material de elastômero (Etapa: Mistura de Elastômero)
Seringa, 20 ml, Furo Aberto, Êmbolo de Anel Sólido e Grip	Seringas Qosina Corporation	C1200	para transferência de material de elastômero.  O furo aberto é usado para elastômeros muito viscosos. (Etapa: Mistura de elastômeros)
Agulha (BD), Limpeza Não Estéril com Escudos, 18 G x 1.5" Lg., Aço Inoxidável, BD Bulk	Cole-Parmer	WU-07945-76	Usado para remover a coluna de ar entre o êmbolo da seringa e o elastômero (Passo: Mistura de Elastômero)
Copos de Plástico, 12 Oz., Transparente	Safeway	N/A	Usado para misturar silicone no Misturador THINKY (Passo: Mistura de Elastômero)
Saco de Polietileno, Topo Aberto, Plano, 5" Largura x 6" Altura, 2-MIL Thk.	McMaster-Carr Supply Company	1928T68	Usado para misturar silicone no Mixer THINKY (Passo: Mistura de Elastômero)
Elástico, Sem Látex, Laranja, Tamanho 64, 3-1/2" L x 1/4" W	McMaster-Carr Supply Company	12205T96	Usado para misturar silicone no Mixer THINKY (Passo: Mistura de Elastômero)
Parafilm Wrap, 4" W	Cole-Parmer	EW-06720-40	Usado para misturar silicone no Mixer THINKY (Passo: Mistura de Elastômero)
Corpos de Seringa com Tampas, Luer Lock, Operado a Ar,  50 ml	EWD Solutions	JEN-JG50A-15	Seringas menores podem ser usadas se menos elastômero for necessário, mas certifique-se de que é compatível com o Adaptador de Seringa Operado a Ar na câmara de injeção (Etapa: Mistura de Elastômero)
Fita Selante, Rosca de Tubo, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0,5 G/CC Gravidade Específica	McMaster-Carr Supply Company	4591K11	Fita de Teflon para vedações herméticas ao redor das roscas (Etapa: Injeção de Elastômero)
Lâminas de bisturi, descartáveis, nº 22	VWR	21909-646	Usado para cortar tubos e desmoldar (Etapa: Cura e Desmoldagem)
Kimwipes	VWR	21903-005	( Etapa: Cura & Desmoldagem)
2-Propanol, J. T. Baker	VWR	JT9334-3	( Etapa: Cura & Desmoldagem)
uPrint Plus SE Impressora 3D	Stratasys	uPrint Plus SE	Outras impressoras 3D podem ser usadas (Etapa: Projeto de molde e Produção)
Parafuso, Tampa, Cabeça Hexagonal,  1/4"-28 , 2-1/2" Lg, Aço Inoxidável 18-8	McMaster-Carr Supply Company	92198A115	Parafusos usados com porcas para comprimir o molde (Passo: Montagem do Molde)
Porca, Hex, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Altura, Aço Inoxidável 18-8	McMaster-Carr Supply Company	91845A105	Parafusos usados com porcas para comprimir o molde (Passo: Montagem do Molde)
Stud, Totalmente Rosqueado, 1/4"-28, 1" Lg, Aço Inoxidável 18-8	McMaster-Carr Supply Company	95412A567	As hastes roscadas podem ser cortadas no comprimento desejado e são usadas com porcas para comprimir o molde (Etapa: Montagem do Molde)
Misturador Centrífugo Planetário	THINKY USA Inc.	ARE-310	são fortemente recomendados para mistura fina e para reduzir o tempo de desgaseificação, mas a mistura manual é boa (Etapa: Mistura de Elastômero)
Balança de Pesagem	de Laboratório Mettler-Toledo International Inc.	EL602	( Passo: Mistura de Elastômero)
Recipiente de Vácuo Dessecante, Reutilizável,  10-3/4" OD	McMaster-Carr Supply Company	2204K7	Este dessecador é usado para desgaseificação do elastômero (Passo: Mistura de Elastômero)
Adaptador de Misturador para Copo Personalizado Impresso em 3D	N/A	N/A	Modelado em CAD Solidworks e impresso em 3D (Passo: Mistura de Elastômero)
Tubulação, Furo Liso, 1/4" ID, 1/2" OD, Espessura de Parede de 1/8", PVC Tygon de Alta Pureza, Tubulação Clear	McMaster-Carr Supply Company	5624K51	fora do Dessecador (Etapa: Injeção de Elastômero)
Tubulação, Furo Liso, 3/8" ID, 5/8" OD, Espessura de Parede de 1/8", PVC Tygon de Alta Pureza, Tubulação Clear	McMaster-Carr Supply Company	5624K52	para se adaptar ao Fornecimento de Ar/Vácuo (Etapa: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Redutor, Reto, Barb a Vácuo 3/8" Tubo ID X Vacuum Barb 1/4" Tube ID, Latão	McMaster-Carr Supply Company	44555K188	Adapte a tubulação externa do dessecador à tubulação que leva ao fornecimento de ar/vácuo (Etapa: Injeção de elastômero)
Braçadeira, mangueira e Tubo, Worm-Drive, para tubo de 7/32" a 5/8" OD, 5/16" Wd., 316 SS	McMaster-Carr Supply Company	5011T141	Usado em tubulação para criar vedação hermética a ar/vácuo nas junções (Etapa: Injeção de Elastômero)
Braçadeira, Mangueira, Transmissão por Verme de Banda Lisa, para tubo de 1/2" a 3/4" OD, 3/8" Wd., 304 SS	McMaster-Carr Supply Company	5574K13	Usado na tubulação para criar vedação à prova de ar/vácuo nas junções (Etapa: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Tee, Barb a Vácuo ID do Tubo de 1/4", Latão	McMaster-Carr Supply Company	44555K138	Tee Junção entre Vácuo, Válvula T de Três Vias no Dessecador, e Válvula L de Três Vias (Etapa: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Tee, 1/4 NPT Fêmea X Fêmea X Macho, Latão	McMaster-Carr Supply Company	50785K222	Junção em T entre Manômetro, Câmara e Válvula L de Três Vias (Etapa: Injeção de Elastômero)
Válvula, Esfera, Reta, Alça em T, 1/4 NPT Fêmea X Macho, Latão	McMaster-Carr Supply Company	4082T42	Válvula L de Três Vias (Etapa: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Adaptador, Reta, Barra a Vácuo 1/4" ID Tubo X 1/4 NPT Macho, Latão	McMaster-Carr Supply Company	44555K132	Adaptador para Válvula L de Três Vias para Tubulação (Etapa: Injeção de Elastômero)
Serra, Furo, Bimetálico. 1-3/8" OD, 1-1/2" Profundidade de Corte	McMaster-Carr Supply Company	4066A25	Usado para cortar buracos no Dessecador para conexões de parede passante (Etapa: Injeção de Elastômero)
Mandril, Serra de 9/16" a 1-3/16", Hex 1/4"	McMaster-Carr Supply Company	4066A76	Usado para cortar furos no Dessecador para conexões de parede passante (Etapa: Injeção de Elastômero)
Adaptador de Mandril para Serras Copo de 1-1/4" a 6" de Diâmetro	McMaster-Carr Supply Company	4066A77	Usado para cortar furos no Dessecador para conexões de parede passante (Etapa: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Reto, Parede Direta, 1/2 NPT Fêmea, Polipropileno	McMaster-Carr Supply Company	36895K141	Conexões de parede passante levando a Manômetros de Pressão/Vácuo (Etapa: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Adaptador, Reto, Redução,  Bucha, Hex, 1/2 NPT Macho X 1/4 NPT Fêmea, Latão	McMaster-Carr Supply Company	4429K422	Reduzindo o diâmetro do tubo dentro do Dessecador para se adaptar ao Sistema de Seringa Operado a Ar (Passo: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Adaptador, Reto, Redutor, Bucha, Hex, 1/4 NPT Macho X 1/8 NPT Fêmea, Latão	McMaster-Carr Supply Company	4757T91	Reduzindo o diâmetro do tubo dentro do Dessecador para se adaptar ao Sistema de Seringa Operado a Ar (Etapa: Injeção de Elastômero)
Acoplamento, Adaptador, Reto, Barb a Vácuo Tubo de 1/4" ID X 1/8 NPT Fêmea, Latão	McMaster-Carr Supply Company	44555K124	Reduzindo o diâmetro do tubo dentro do Dessecador para se adaptar ao Sistema de Seringa Operado a Ar (Etapa: Injeção de Elastômero)
Adaptadores de Seringa, Operados a Ar, 30/50 ml	Soluções EWD	JEN-JG30A-X6	Adaptador de seringa operado a ar no interior do dessecador; deve ser compatível com seringas usadas para segurar elastômero (Passo: Injeção de Elastômero)
Medidor, Vácuo de Escala Dupla, Mostrador de 2-1/2", 1/4 NPT Macho, Conector Inferior, 30" Hg-0, Caixa de Aço	McMaster-Carr Supply Company	4002K11	Medidor de Vácuo (Passo: Injeção de Elastômero)
Medidor, Vácuo de Escala Dupla e Composto, Mostrador de 3-1/2", 1/4 NPT Macho, Centro Traseiro, 30" Hg-0, 100 PSI, Caixa de Aço	McMaster-Carr Supply Company	4004K616	Manômetro que leva ao sistema de seringa operado a ar (etapa: injeção de elastômero)
Forno, Vácuo, Isotemp, Economia	Fisher Scientific	280A	Forno sem vácuo padrão pode ser usado (Etapa: Cura e Desmoldagem)
Solidworks CAD	Dassault Systè Assinatura do mes	Solidworks Research Outro	software CAD pode ser usado para mestre de molde e projeto de molde (Etapa: Projeto de molde e Produção)

Material do modelo Material de suporte Os misturadores