Жидкость литья под давлением (LIM) (также известный как инъекции реакция литья) часто используется для изготовления эластомерных устройства от термореактивных эластомеров, но высокая оснастки и затраты на оборудование требует много авансовые капитальных вложений 1. Кроме того, LIM может быть технически сложным и дорогостоящим для реализации в случаях со сложной геометрией и требования к формовании. В результате, это, как правило нецелесообразно использовать традиционные LIM в ультра-низких объемах или с конструкциями устройств на ранней стадии, что часто несут итерационные изменения.
Типичная процедура литьевых эластомерных материалов предполагает введение жидких мономеров при давлениях около 150 фунтов на квадратный дюйм в форму с помощью специализированного формования оборудования 2. Температура и давление контролируется, чтобы обеспечить ламинарный поток и избежать проникновения воздуха оказаться в ловушке в форме 3. Сырье, как правило, из двух частей системы отверждения, такие как платина вылечить силиконовой, тшляпа хранятся в отдельных и температуры контролируемых камер перед инъекцией. Оба компонента сырья закачивают в смесительной камере высокого давления, которые впоследствии подает в полость формы. Отверждение достигается присутствии катализатора, а также температуры около 150-200 ° C 4. Пресс-формы, как правило, изготовлены из стали или алюминия с точными допусками, чтобы создать хорошее уплотнение вокруг расставания кромки 3,5. К сожалению, этот процесс, как правило, больше подходит для больших масштабах производства данных высокого плесени затрат на инструменты, а также требования в отношении специализированных инъекций и управления с обратной связью систем.
Для быстрого прототипирования полиуретана (PU) частей, можно использовать стереолитографии (SLA) для создания мастер плесени и произвести кремниевой резины 6,7. Однако этот способ не подходит для напрессовки поскольку трудно добиться точного выравнивания на подложку компонентов, как силикон, поконструкции, не жесткую структуру. Кроме того, производство приборов со сложной геометрией, таких как инвагинаций или выдолбленные секциях, трудно или невозможно. Требование сложных или точных пресс-форм линий разъема и жестких тонких элементов чаще всего, несовместимы с процессом жидкой резины под давлением.
Вышеупомянутые производство масштаба или поздней стадии прототипирования процессы зачастую непрактично для ранней стадии развития медицинского оборудования, в котором несколько устройств должны быть подготовлены для доказательства правильности концепции и возможности в исследованиях на людях, как это часто бывает в академической лаборатории и запуск среды компании. Отсутствие альтернатив часто означает, что даже развитие на ранней стадии будет нести высокие затраты, требуя многих разработчиков устройств для ограничения функциональности устройства или поставить развитие на удержание в то время как дополнительные средства привлекаются. Это способствует резкому замедлению процесса развития, поскольку большой части медицинского оборудования повторно Реализация десть сложных функций. Кроме того, трудно финансировать дорогостоящую разработку таких устройств, так как доказательство правильности концепции данные часто еще не установлена. Мы столкнулись с этой контрольно-пропускной пункт в недавнем проекта в этой лаборатории, в котором участвовали развитие силиконовой интравагинального зонда с на подложку электрических и оптических датчиков, которые требуют чаевые чашеподобную соответствовать заданными шейки геометрий. Процесс, описанный в этой статье документы нашу попытку обойти этот порочный круг и быстро достичь чек, подтверждающий факт концепции для LIM медицинского оборудования.
Техника показано на рисунке 1 деконструирует процесс LIM на 5 основных видов деятельности: (1) конструкция прессформы и производства, (2) формы сборки (3) смешивание эластомера, (4) для инъекций эластомер, и (5) эластомер отверждения и извлечения из формы.
пг "ширина =" 600 "/>
.. Рисунок 1 Протокол Обзор Обзор протокола, который предполагает: (1а) создание формы с использованием системы автоматизированного проектирования инструментов, (1b) 3D печати отливок, (2) обжимной пресс-формы части, используя резьбовых шпилек и винтов, ( 3) смешивание жидкого эластомера и загрузкой в шприц, (4) нагнетание жидкости эластомер в пресс-форму с помощью модифицированного эксикатор, (5а) отверждение эластомера в печи с контролируемой температурой, и (5b) извлечения из формы отвержденного эластомера устройство от пресс-формы штук.
Дизайн Плесень включает в себя разработку мастер формы в системе автоматизированного проектирования (САПР), вычитание мастера формы из твердого блока и определения линий разъема пресс-формы. Отливок создаются и затем собирают с помощью винтов, стержней и орехи с на подложку компонентов, расположенных в полости формы. Резина примесьг включает объединение частей А и В сырья и дегазации для удаления потенциальных пустот в материале. Далее, впрыск эластомер включает приводимые в действие давлением заполнение полости формы, а затем эластомера отверждения в печи с контролируемой температурой, чтобы обеспечить химическое сшивание полимерных цепей.
Ломая процесса литья под давлением в этих шагов позволяет отказаться традиционный LIM оборудование в пользу низких альтернатив затрат. Например, вместо обработки металлической формы или отливки форму из кремниевой резины от мастера формы, формы, созданные с протоколом, описанным в этой рукописи были созданы из акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) пластика с использованием плавленого осаждения моделирование (FDM) 3D Принтер 8,9. По сравнению с строительных металлических форм или SLA форм, FDM, как правило, дешевле и быстрее процесс. Довольно сложные формы могут быть быстро распечатаны на в доме 3D-принтер, или дешево производятся одним из многих контракта 3D printinг-услуги можно получить. Например, сложный восемь частей 3D печатный пресс-формы была использована для приведения продемонстрировали интравагинального зонд в разделе результатов представительной и показано на фигурах 14 и 15. Все запчасти для этой плесени могут быть напечатаны в примерно 1,5 дней на в доме 3D-принтер. Раз поворот для более простых форм может быть несколько часов. Общая длина времени, необходимого для Прототип устройства с помощью FDM 3D принтеры для создания форм похож на время, необходимое, чтобы бросить форму из силиконовой резины и создать полиуретановый прототип. Однако, используя FDM 3D принтеры для создания форм позволяет в течение нескольких вещей, которые не могут быть легко выполнено с использованием силиконовые формы: (1) многие термореактивных эластомеров могут быть использованы при условии, что 3D-печатных плесень может терпеть необходимые Температуры отверждения, (2) сложные геометрические могут быть созданы с использованием различных частей пресс-формы и линий разъема, и (3) использование жестких отливок позволяет точно и воспроизводимостьBLE выравнивание на подложку компонентов в полость пресс-формы.
Вместо того чтобы использовать традиционные машины Лим, который сочетает в себе смешивание, инъекции, и отверждение, можно использовать лабораторный смеситель, чтобы обеспечить однородное смешивание, модифицированный эксикатор для инъекций, и стандартный контролируемой температурой печи для отверждения. Система впрыска была создана при помощи компонентов вне-полки и включает добавление положительного линии подачи давления в эксикаторе, который подключается к шприц со смешанным эластомера. Палата наддува в стендовых лучших эксикаторах обычно управляется трехходовым клапаном между камерами, вакуумной линии питания, и в атмосферу. Модифицированный эксикатор добавляет положительную линию подачи питающего напряжения к задней части поршень шприца. Это позволяет создавать разности давлений 40-50 фунтов на квадратный дюйм, что является достаточным для впрыска жидкости материала в полость пресс-формы.
Этот метод позволил нам произвосе силиконовые интравагинальные зонды с на подложку электрических и оптических датчиков для сбора доказательств правильности концепции данных для фазы I клинических испытаний. Силиконовые был выбран из-за необходимости биологической инертности, а также возможность стерилизации с различными методами 10,11. Кроме того, устройство требуется сложная и нетрадиционные чашеобразный геометрию на кончике зонда, где расположены датчики для взаимодействия с шейки матки. Без использования описанной методике, было бы гораздо дороже и длительный процесс для производства этих устройств. Эта адаптация процесса LIM снижает стоимость оборудования и требования по сравнению с традиционным процессом LIM, что делает его практическое принять быстрое и итеративный подход к разработке эластомерных устройств.