Summary
אנחנו פיתחתי שיטה בעלות נמוכה ודיגום מהיר של מכשירי הזרקת גומי אלסטומר נוזל יצוקים באמצעות מדפסות 3D הדוגמנות בתצהיר התמזגו לעיצוב עובש וייבוש שונה כמערכת הזרקת נוזל.
Abstract
אלסטומרים אינרטי מבחינה ביולוגית כגון סיליקון הם חומרים נוחים לייצור מכשיר רפואי, אך יוצרים וריפוי אלסטומרים אלה באמצעות תהליכי הזרקת נוזל מסורתיים יכולים להיות תהליך יקר בשל עלויות נוסע וציוד. כתוצאה מכך, זה כבר לא מעשי לשימוש בהזרקה נוזל בעלות נמוכה, יישומי אב טיפוס ודגמים באופן מסורתי. אנחנו פיתחתי שיטה לייצור מהיר ועלות נמוכה של מכשירי הזרקת אלסטומר נוזל יצוקים אשר מנצל מדפסות 3D דוגמנות בתצהיר התמזגו לעיצוב עובש וייבוש שונה כמערכת הזרקה. עלויות נמוכה וזמן אספקה מהיר בטכניקה זו להוריד את הסף לעיצוב איטרטיבי וprototyping מכשירי אלסטומר מורכבים. יתר על כן, מודלים CAD פותחו בתהליך זה יכול להיות מאוחר יותר מותאם לעיצוב נוסע עובש מתכת, מה שמאפשר מעבר קל לתהליך הזרקה מסורתי. יש לנו בשימוש בטכניקה זו כדי לייצר intravagבדיקות inal מעורבת גיאומטריות מורכבות, כמו גם overmolding על חלקי מתכת, תוך שימוש בכלים זמינים בדרך כלל במעבדת מחקר אקדמית. עם זאת, טכניקה זו ניתן להתאים בקלות כדי ליצור התקני הזרקת נוזל שעוצבו עבור יישומים רבים אחרים.
Introduction
דפוס נוזלי להזרקה (LIM) (הידוע גם בהזרקת תגובה) משמש לעתים קרובות לייצור מכשירי אלסטומרי מאלסטומרים תרמופלסטיים, אבל עלויות גבוהות נוסע וציוד דורשות כמות גדולה של הון השקעה מעלה קדמי 1. יתר על כן, לים יכול להיות מאתגר מבחינה טכנית ויקר ליישום במקרים עם גיאומטריה ודרישות לovermolding מורכבות. כתוצאה מכך, זה בדרך כלל לא מעשי להשתמש LIM המסורתי בהיקפים נמוכים במיוחד או עם עיצובי מכשיר בשלב מוקדם, שלעתים קרובות כרוך בתיקונים חוזרים ונשנים.
ההליך האופייני לחומרי אלסטומרי הזרקה כולל הזרקת מונומרים נוזל בלחצים סביב 150 psi לתוך תבנית באמצעות מכונות דפוס מיוחדות 2. טמפרטורות ולחצים נשלטים על מנת להבטיח זרימה למינרית ולמנוע אוויר שנלכד בתבנית 3. חומרי גלם הם בדרך כלל מערכות ריפוי בשני חלקים, כגון סיליקון תרופת פלטינה, tכובע נשמרים בתאים נפרדים ומבוקר טמפרטורה לפני הזריקה. שני המרכיבים של חומר הגלם נשאבים לתוך תא ערבוב בלחץ גבוה שמזין לאחר מכן לתוך חלל העובש. אשפרה מושגת על ידי נוכחות זרז כמו גם טמפרטורות סביב 150-200 מעלות צלזיוס 4. תבניות במכונה בדרך כלל מפלדה או אלומיניום לטולרנסים מדויקים ליצור חותם טוב סביב הפרידה קצות 3,5. לרוע המזל, תהליך זה הוא בדרך כלל מתאים יותר לעלויות ייצור בקנה מידה גדולות יותר ניתנו גבוה עובש נוסע, כמו גם את הדרישה למערכות הזרקה ובקרת משוב מיוחדות.
דיגום מהיר של פוליאוריטן חלקים (PU), ניתן להשתמש stereolithography (SLA) ליצירת מאסטר עובש ולייצר 6,7 עובש גומי סיליקון. עם זאת, טכניקה זו אינה מתאימה לovermolding מכיוון שקשה להשיג יישור מדויק של רכיבי overmolded, כמו סיליקון הוא, על ידילתכנן, לא מבנה קשיח. יתר על כן, ייצור של מכשירים עם גיאומטריות מורכבות, כגון invaginations או קטעים מתוך חלולים, קשה או בלתי אפשרי. הדרישה לקווים מורכבים או מדויקים עובש פרידה ואלמנטים דקים נוקשה הן לעתים קרובות יותר מאשר לא, עולה בקנה אחד עם תהליך דפוס גומי הנוזלי.
תהליכי ייצור אב הטיפוס בקנה המידה האמור או בשלב מאוחר הם לעתים קרובות מעשיים לפיתוח מכשור רפואי בשלב מוקדם, שבו כמה מכשירים צריכים להיות מיוצרים להוכחה של קונספט וכדאיות במחקרים בבני אדם, כפי שקורה לעתים קרובות במעבדה אקדמית והזנק סביבות חברה. העדר חלופות לעתים קרובות משמעות הדבר היא כי אפילו פיתוח בשלב מוקדם הייתי כרוך בעלויות גבוהות, הדורש מפתחי מכשיר רבים כדי להגביל את הפונקציונליות מכשיר או לשים פיתוח בהמתנה בזמן כספים נוספים גדלים. זה תורם להאטה דרמטית של תהליך הפיתוח שכן חלק גדול ממכשירים רפואיים מחדש יישום מקהלה של תכונות מורכבות. קשה גם לממן את הפיתוח יקר של מכשירים כאלה מאז נתונים הוכחה של הקונספט הוא לעתים קרובות לא נקבעו עדיין. נתקלנו במחסום הזה בפרויקט האחרון במעבדה זו, שהיה כרוך בפיתוח של בדיקה intravaginal סיליקון עם חיישנים חשמליים ואופטיים overmolded שדרשו טיפ כמו כוס כדי להתאים גיאומטריות צוואר הרחם שצוינו. התהליך המתואר במאמר זה מתעד הניסיון שלנו לעקוף את מעגל הקסמים הזה ומהירות להגיע להוכחה של קונספט עבור מכשירים רפואיים לים.
הטכניקה שמוצגת באיור 1 מפרקת את התהליך לים ל5 פעילויות עיקריות: (1) עובש עיצוב וייצור, (2) הרכבה עובש (3) ערבוב אלסטומר, (4) הזרקת אלסטומר, ו( 5) ריפוי & demolding אלסטומר.
"Width =" pg 600 "/>
.. איור 1 פרוטוקול סקירה כללית סקירה כללית של הפרוטוקול, הכולל: (1 א) יצירת תבנית בעזרת כלי עיצוב בעזרת מחשב, (1b) 3D הדפסת חתיכות העובש, (2) הרכבת חתיכות העובש באמצעות מוטות וברגים הברגה, ( 3) ערבוב אלסטומר הנוזלי וטוען אותו במזרק, (4) הזרקת אלסטומר הנוזלי לתוך התבנית באמצעות ייבוש שונה, (5 א) ריפוי אלסטומר בתנור בטמפרטורה מבוקרת, ו( 5 ב) demolding מכשיר אלסטומר נרפא מ חתיכות העובש.
עיצוב עובש כולל פיתוח של אב עובש בתכנון בעזרת מחשב (CAD) תוכנה, חיסור של המאסטר העובש מבלוק והגדרה מוצק של קווי פרידת עובש. חתיכות עובש שנוצרו ולאחר מכן התאספו באמצעות ברגים, מוטות, ואגוזים עם רכיבי overmolded ממוקמים בחלל העובש. mixin אלסטומרg כולל שילוב החלקים A ו-B של חומר וdegassing גלם כדי להסיר חללי חלל פוטנציאליים בחומר. בשלב הבא, הזרקת אלסטומר כרוך מילוי לחץ מונע מחלל העובש, ואחרי ריפוי אלסטומר בתנור בטמפרטורה מבוקרת על מנת להבטיח crosslinking הכימי של שרשרות הפולימר.
פירוק תהליך ההזרקה לשלבים הבאים מאפשר לנו לוותר על ציוד לים מסורתי לטובת חלופות בעלות נמוכות. לדוגמא, במקום עיבוד תבנית מתכת או ליהוק עובש גומי סיליקון ממורה עובש, התבניות שנוצרו מהפרוטוקול המתואר בכתב היד הזה נוצרו מאקריל ניטריל אקרילוניטריל (ABS) פלסטיק באמצעות מודלים התמזגו בתצהיר (FDM) 3D 8,9 מדפסת. בהשוואה לבניית תבניות מתכת או תבניות צד"ל, FDM הוא בדרך כלל תהליך זול יותר ומהיר יותר. ניתן להדפיס תבניות מורכבות למדי במהירות על מדפסת 3D בבית, או במחיר זול המיוצרת על ידי אחד מprintin 3D חוזה הרביםשירותי g זמינים. לדוגמא, עובש 3D מודפס שמונה חלקים מורכבים היה בשימוש כדי להטיל את חללית intravaginal הפגינה בסעיף תוצאות הנציג ומוצג איורים 14 ו15. כל החלקים לתבנית זו ניתן להדפיס בכ 1.5 ימים במדפסת 3D בבית. זמני אספקה לתבניות פשוטות יותר יכולים להיות כמה שעות. אורכו הכולל של הזמן דרוש לאב טיפוס מכשיר באמצעות מדפסות 3D FDM ליצור תבניות דומה לזמן הנדרש כדי להטיל עובש מגומי סיליקון וליצור אב טיפוס פוליאוריטן. עם זאת, באמצעות מדפסות FDM 3D כדי ליצור תבניות מאפשר לכמה דברים שלא יכול בקלות להתבצע באמצעות תבנית הסיליקון: (1) אלסטומרים תרמופלסטיים רבים ניתן להשתמש בם סיפקו את התבנית מודפס 3D יכולה לסבול טמפרטורות ריפוי הנדרשות, (2) בגיאומטריות מורכבות ניתן ליצור עם השימוש בחלקים רבים ושונים עובש וקווי פרדה, ו( 3) שימוש בחלקי תבנית נוקשה מאפשר מדויק וreproduciיישור ble של רכיבי overmolded בתוך חלל העובש.
במקום להשתמש במכונה מסורתית לים, המשלבת ערבוב, הזרקה, וריפוי, ניתן להשתמש במיקסר מעבדה כדי להבטיח ערבוב אחיד, ייבוש הותאם להזרקה, ותנור בטמפרטורה מבוקרת סטנדרטי לריפוי. מערכת ההזרקה נוצרה תוך שימוש ברכיבי ה-off-המדף וכרוך בתוספת של קו אספקת לחץ חיובי לתוך תא ייבוש המתחבר למזרק מלא מעורב אלסטומר. שמירת הלחץ קאמרי בייבוש ספסל עליון נשלטת בדרך כלל על ידי שסתום משולש בין התאים, קו אספקת ואקום, ואת האווירה. ייבוש שונה מוסיף קו אספקת לחץ חיובי האכלה לחלק האחורי של בוכנת מזרק. זה מאפשר יצירה של ההפרש בלחץ 40-50 PSI זה מספיק להזרקת חומר נוזלית לתוך חלל העובש.
טכניקה זו אפשרה לנו produבדיקות intravaginal סיליקון ce עם חיישנים חשמליים ואופטיים overmolded לאסוף הוכחה של קונספט נתונים עבור שלב I בניסוי קליני. סיליקון נבחר בשל הצורך אדיש ביולוגית, כמו גם את היכולת לעקר עם מגוון רחב של שיטות 10,11. יתר על כן, המכשיר הנדרש גיאומטריה כמו כוס מורכבת ובלתי שגרתית בקצה של החללית שבו חיישנים הממוקמים להתממשק עם צוואר הרחם. ללא השימוש בטכניקה המתוארת, זה היה תהליך הרבה יותר יקר וארוך כדי לייצר התקנים אלה. הסתגלות זו של תהליך LIM מפחיתה את דרישות עלות וציוד בהשוואה לתהליך LIM המסורתי, מה שהופך אותו מעשי לאמץ גישה מהירה ואיטרטיבי לעיצוב מכשירי אלסטומרי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
פרוטוקול זה מתאר את השימוש בטרמינולוגיה ותכונות ספציפיות בתוכנת SolidWorks המשמשת לעיצוב עובש ושלבי ייצור, אם כי חבילות תוכנה אחרות יכולות לשמש גם כדי להשיג את אותה התוצאה.
1. עיצוב עובש והפקה
- עיצוב אמן עובש בקנה המידה באמצעות תכנון בעזרת מחשב (CAD) תוכנה. נהלים ספציפיים בעיצוב אמן עובש ישתנו בהתאם לגיאומטריה מסוימת של מכשיר אלסטומר הרצוי. זה והשלבים הבאים ימחישו שלבים עיקריים שיביאו לעיצוב אמן ועובש עובש ספציפי כי בערך דומה למכשיר הבדיקה intravaginal המתואר בסעיף תוצאות הנציג.
- כדי להגדיר את הבדיקה הקצה, ליצור סקיצה 2D במטוס הימני המציינת את הגבולות הפנימיים וחיצוניים של חתך הרדיאלי של הגיאומטריה כמו הכוס דומה איור 2 א. השתמש בכלי השרטוט "חכם ממד"להגדיר ממדי סקיצה. ודא כי כל הגיאומטריות מוגבלות כראוי על ידי הוספת יחסים מספיק בין האלמנטים של הסקיצה. בסיום, צא מהסקיצה.
איור 2. סקיצות CAD 2D. א) 2D סקיצה שניתן סובבת רדיאלית על ציר ה-Y לייצר תכונה כמו כוס דומה לזה שבמכשיר הבדיקה intravaginal. B) הסקיצה 2D בצורת Teardrop שניתן נמתחים מהמטוס למנסרה כמו מבנה שמהווה את הידית של מכשיר הבדיקה intravaginal. C) סקיצה דוגמא שיוצרת שני אזורים בחתך הרדיאלי של אזור התכונה כמו הכוס של העובש. קיצוצים נסב באופן סלקטיבי באזור 1 או אזור 2 סביב ציר ה-Y יניבו חתיכות עובש שונות.- השתמש בתכונה "סבב בוס / הבסיס" לסובב את הסקיצה 2D 360 ° על ציר ה-Y לייצר 3D תכונה שדומה לכוס. קווי המתאר ו / או באזורים בודדים של הסקיצה ניתן לבחור בנפרד לסובבים סלקטיבי אזורים רצויים של הסקיצה עם כל קריאה של התכונה "סבב בוס / בסיס".
- כדי להגדיר את הידית של החללית, ליצור סקיצה 2D במטוס למעלה המציינת את הגבולות החיצוניים של חתך של הגיאומטריה כמו הדמעה-הדומה לאיור 2b. בסיום, צא מהסקיצה.
- השתמש בתכונת "מוסגר בוס / הבסיס" כדי למתוח קווי המתאר ו / או אזורים נבחרים של הסקיצה 2D בY-הכיוון. יכולים להיות extruded פרופילים בשני Y-הכיוונים החיוביים ושליליים, ויכולים גם להיות מוגדר להתחלה / סיום במטוסים שצוינו, משטחים, או קיזוז קבוע. ציין את החול כדי להתחיל בבסיס של הגיאומטריה כמו כוס ולהאריך מן הפתיחה של הגיאומטריה כמו כוס.
- בקובץ CAD נפרד, לצייר גוף מוצק מנסרה מלבנית שהוא גדול מספיק כדי לשים בארגז מאסטר העובש.
- כדי להגדיר את הפריזמה מלבנית, ליצור מלבן בשרטוט 2D במטוס למעלה. ודא X-הממד של המלבן הוא גדול יותר מאשר הגיאומטריה מאסטר העובש הרחבה ביותר בכיוון X-ו-Y-הממד של המלבן הוא גדול יותר מאשר הגיאומטריה מאסטר העובש הרחבה ביותר בY-הכיוון. בסיום, צא מהסקיצה.
- השתמש בתכונת "מוסגר בוס / הבסיס" כדי למתוח את האזור המוקף במלבן בשרטוט 2D בY-הכיוון. להבטיח את אורך החול ארוך יותר מגיאומטרית מאסטר העובש הארוכה ביותר בY-הכיוון.
- מערבבים את אדון העובש ופריזמה מלבנית בצורה שלילית העובש.
"Width =" oad/51745/51745fig3highres.jpg 500 "/>
איור 3. יצירת עובש בCAD. שרטוטי CAD של המאסטר העובש (מימין) ושלילי עובש (משמאל) למכשיר בדיקה intravaginal מתואר. שלילי העובש נוצר על ידי הפחתת הגיאומטריה מאסטר עובש ממנסרה מלבנית וסופו של דבר יחולק לשני חלקים או יותר ולהיות עובש פונקציונלי.
- ייבא את אב התבנית לתוך קובץ CAD עם הפריזמה מלבנית. יישר את אדון העובש כזה שהוא מרוכז ועטוף לחלוטין בתוך המנסרה מלבנית.
- השתמש "שלב" תכונה ובחר את סוג המיבצע "הפחת" כדי ליצור את חלל העובש (איור 3).
- אם אתה משתמש במדפסת ברזולוציה נמוכה 3D (רוב מדפסות FDM 3D), שימו לב כי תכונות קטנות ביותר לא יכולות להיות מודפסות כפי שהם נמצאים תחת גודל התכונה המינימאלי של המכונה. פינות וקצוות וכך, הצביעו צריכה להיותמעוגל או באמצעות "פילה" או "Chamfer" מאז תכונות אלה הן גם בסדר למדפסת לפתרון.
הערה: אם overmolding הוא רצוי, חלקים מחלל העובש חייבים להיות מתוכננים כך שמרכיב overmolded ניתן למקם ומוגבל בתוך חלל העובש. ניתן להשיג זאת על ידי הגדרת חלקים של העובש לספק מדריכי יישור לרכיב overmolded (איור 4).
איור 4. מדריכי יישור תכנון בעובש. התפוצץ ציור CAD של בסיס העובש, צינור סיבים אופטיים, ורכיבי האלקטרודה. צינור הסיבים האופטי ואלקטרודות חייבים להיות ממוקמים בדיוק וovermolded לייצר חללית intravaginal. מדריכי יישור נועדו לבסיס התבנית כדי לאפשר לרכיבים אלהלהישאר במקום ואילו אלסטומר הנוזל שהוזרק לתוך חלל העובש.
- הגדרת קווי פרידה, אשר תפחית את התבנית למספר חלקים, ודרך חורים למוטות וברגים מושחל להחזיק את חתיכות העובש יחד (איורים 5, 6). מיקום ספציפי של קווי פרדה ומוט דרך חורים תלויים במיקום היחסי של אחד לשני בתוך הגיאומטריה חלל העובש.
. איור 5 עובש:. צפה התפוצץ התפוצץ ציור CAD של ההרכבה העובש המוגמרת למכשיר הבדיקה intravaginal. הגיאומטריה של חלל העובש מציינת לא רק את הגיאומטריות חיצוניות של מכשיר הבדיקה intravaginal הסופי, אלא גם מספקת נקודות עיגון ומיקום עבור רכיבים שיש overmolded. באופן ספציפי, העובשגיאומטריה בסיס והחתיכות הנכונות השמאלית והעליונות העליונות ליישר את צינור סיבים האופטי, ובסיס העובש מספק ריבועי ליישור אלקטרודות במכשיר הסופי.
. איור 6 עובש:. צפו מורכב ציור CAD של ההרכבה העובש המוגמרת למכשיר הבדיקה intravaginal. אלסטומר הנוזלי יהיה להזריק לתוך השער ולמלא את חלל העובש לפני זורם לתוך המאגר בגלישה בחלק העליון. פתחי אוורור פועלים מחלל העובש למאגר הצפה מתוכננים בקפידה לחתיכות היישור של העובש בחלק העליון.
- קווי פרידה נבחרים בדרך כלל באופן שיוצר סימטריות בין שתי המדינות או רדיאלי. הם צריכים להיות מוגדרים כדי למנוע תלויים מעל אחד נוסף בכיוון העובש נפתח, להבטיח כי דה אלסטומר נרפא לחלוטיןסגן בתוך החלל ניתן להסיר מן התבנית.
- ליצור קו פרדה בין שתי המדינות על ידי הגדרת 2D סקיצה מלבנית במישור ימין, המשתרעת מהבסיס של הגיאומטריה כמו כוס לחלק העליון של הידית של החללית. הרוחב של המלבן יעלה על הרוחב מקצה לקצה של העובש.
- השתמש בתכונת "המוסגר Cut" על הסקיצה ולציין לחתוך לכיוון X-הכיוון השלילי להניב חלק אחד. ציין לחתוך לכיוון X-הכיוון החיובי להניב חלק האחר נוצר על ידי קו הפרדה בין שתי המדינות.
- באופן זמני "עלם" התכונה "המוסגר Cut", שזה עתה יצר. ניתן לדכא תכונות או בלתי מוגבלת על ידי להסתיר או לחשוף את ההשפעות שלהם לגיאומטרית CAD עובדת. שם הטלה סלקטיבית של שילוב של "המוסגר Cut" או תכונות "סובב Cut" תהיה מאוחר יותר לשמש כדי לבודד כל חלק בודד של העובש.
- יצירה של רדיאליתשורת פרידת ymmetric לבודד את חתיכות העובש בחלק כמו הכוס של חלל העובש על ידי הגדרת סקיצה 2D במטוס הנכון. צד אחד של הסקיצה צריך לעקוב ציר ה-Y ואילו את הקצוות האחרים של הסקיצה צריכים להרחיב מעבר לקצות העובש בחלק רדיאלית הסימטרי של העובש. גם מערכון זה חייב להיות קווים או עקומות שחצו את האזורים הפנימיים בחתך הרדיאלי של הגיאומטריה כמו כוס, המגדירים שניים או יותר אזורים בחתך רדיאלי כפי שמוצג באיור 2 ג.
- השתמש בתכונה "סובב Cut" בסקיצה, בחירת אזורים ספציפיים שהוגדרו על ידי הסקיצה כדי להסיר חלקים של העובש שאינם רצויים בחלק המבודד. אזורים שלא נבחרו של הסקיצה יישארו, מניב החלק הרצוי, לאחר הקיצוץ סובב הושלם.
הערה: אם overmolding הוא רצוי, קווי פרידה צריכים גם להבטיח כי רכיב overmolded ניתן למקם בקלות בעובש מראש מכויר יציקהn כמו כן, הושמט מהודעת הריפוי-העובש.
- להגדיר דרך החורים לעובש או על ידי שימוש בתכונה "חור אשף" או על ידי הגדרת רישומי 2D עגולים במטוסים רגילים אל פני השטח ולאחר מכן להחיל את תכונת "המוסגר Cut" לרישומים אלה (איורים 5, 6). יצירה דרך חורים באמצעות גודל חור אישור תקן, אשר תואם את גודל מוט או בורג הברגה סטנדרטי בשימוש.
- קווי פרידה נבחרים בדרך כלל באופן שיוצר סימטריות בין שתי המדינות או רדיאלי. הם צריכים להיות מוגדרים כדי למנוע תלויים מעל אחד נוסף בכיוון העובש נפתח, להבטיח כי דה אלסטומר נרפא לחלוטיןסגן בתוך החלל ניתן להסיר מן התבנית.
- הגדרת שער בעובש או על ידי שימוש בתכונה "חור אשף" או על ידי הגדרת רישומי 2D במטוסים רגילים אל פני השטח ולאחר מכן להחיל את תכונת "המוסגר Cut" לרישומים אלה (איורים 5, 6). השער מספק נקודת כניסה לאלסטומר להיות מוזרק בחלל העובש וצריך בדרך כלל להיות ממוקם בחלקו התחתון של חלל העובש.
- הגדר פתחי אוורור אחד או יותר במוld או על ידי שימוש בתכונה "חור אשף" או על ידי הגדרת רישומי 2D במטוסים רגילים אל פני השטח ולאחר מכן להחיל את תכונת "המוסגר Cut" לרישומים אלה (איורים 5, 6). פתחי אוורור מאפשרים אלסטומר העודף לניקוז מחלל העובש ברגע שהוא מלא לגמרי כדי למנוע הצטברות לחץ. בדרך כלל המקום הטוב ביותר למיקום אוורור הוא בחלק העליון של העובש באזור שמוביל למאגר ריק כדי לאפשר אלסטומר גלישה לבריכה.
- ודא שעובי הקיר בכל מקום בעובש הוא לפחות 1-1.5 סנטימטר אם פלסטיק ABS נמצא בשימוש לתבניות. קירות צריכים להיות נוקשה מספיק שהם לא באופן משמעותי לעוות או להתמוטט כאשר חתיכות עובש נמצאות תחת לחצי דחיסה מברגים ומוטות הברגה.
הערה: עובי קיר עודף או שאינו עומס קירות נושאות ניתן להסיר אם רוצה לזרז את הדפסת 3D של חתיכות העובש. בנוסף, קירות דקים יותר וadditיון סעיפים חלולים יפחית את הכמות הכוללת של חומר המשמשת ואת העלות הכרוכה בחומר זה. להיות מודע לכך כמה מדפסות FDM תעשה זאת כברירת מחדל ויכולות להוכיח להחליש קירות יותר מרצוי. - עבור כל חתיכה שהוא רצויה עובש, לדכא או unsuppress "Cut המוסגר" בהתאמה או תכונות "סובב Cut" לבודד שחלק הבודד של העובש. שמור כל פיסת עובש כקובץ STL. או סוג הקובץ תואם לשימוש במדפסת 3D. ודא הרזולוציה הרשת הרצויה שנבחרה.
- טען את קבצי STL. למדפסת 3D. הדפס את חתיכות העובש ולהמתין עד לסיום המשימה.
- הסר את כל חומר תמיכה בחתיכות העובש אחרי שהם סיימו את ההדפסה.
הערה: מדפסות 3D להשתנות ברזולוציית ההדפסה שלהם עם חלקים מודפס FDM בדרך כלל שיש ברזולוציה גרועה יותר מחלקים מודפסים צד"ל. חספוס פני השטח יכול להיות מופחת לאחר חלק הודפס 3D או על ידי שיוף אועל ידי טיפול באור פירוק כימי כמתואר בסעיף הדיון.
2. עצרת עובש
- להביא חתיכות עובש יחד כדי ליצור את חלל העובש תוך יישור דרך החורים. מוטות שקופיות הליכי או ברגים לדרך החורים.
- אופציונאלי: אם overmolding, מקם את הרכיבים שיש overmolded בחלל העובש בזמן שהרכבת החלקים (איור 7) העובש. אם קיים חשש של רכיבי overmolded נעו בתוך החלל במהלך הזרקת אלסטומר, כמות קטנה של דבק RTV סיליקון יכול לשמש באופן זמני וחלש כדי לאבטח את הרכיב בצד הפנימי של חלל העובש. חכה 15 דקות לדבק RTV סיליקון כדי לרפא.
איור 7. מערך של overmolded רכיבים. א) </ Strong> עובש התאסף חלקית מתאר את היישור משני צינורות פלדה אל חלד, מעגלים מודפסים קטנים, ושש אלקטרודות בחלל העובש. חתיכות עובש מיקום בחלק העליון של התבנית יחד עם invaginations בבסיס העובש פיזי להגביל תנועה של כל הרכיבים במהלך הזרקת אלסטומר. ב) להציג זום של החלק התחתון של התאמת רכיבים סמוכים לבסיס התבנית.
- מספק דחיסה איתנה על העובש באמצעות אגוזים על כל קצה של מוטות הברגה. אגוז שני בכל צד יבטיח האגוזים נעולים למקומו ולא בטרם עת לשחרר. אם משתמש בתבניות פלסטיק להבטיח כי אגוזים הם במקומו, אך לא יותר מ-התהדקו, כדי למנוע עיוות עובש.
- אופציונאלי: חותם פערים עם RTV סיליקון ולחכות 15 דקות כדי לרפא. זה הכרחי רק אם תבניות ברזולוציה נמוכה יותר, כגון אלה המיוצרים באמצעות FDM משמשות. רזולוציה מוגבלת וטולרנסים עניים בקווי פרידת העובש עלולה ליצור unwaפערי nted. לחלופין, משטח ההחלקה כפי שהוסבר בסעיף הדיון יכול לשמש כדי לשפר את ההתאמה של קווי פרדה.
- אופציונאלי: החל שחרור עובש חלל העובש לעשות demolding קל יותר. עם זאת, מעיל זה יהיה המכשיר האחרון עם כימיקלים שחרור עובש.
- צור רץ או sprue להוביל לשער העובש.
- כנס מתאם luer נעילת עקיצה לזכר לתוך השער של חלל העובש. להבטיח התאמה הדוקה.
- להתחבר זה לצינורות עם מתאמי luer נעילת עקיצה אל נקבה בכל קצה. מתאם luer נעילה הנשי החשוף בקצה הדיסטלי של הצינור סופו של דבר להסתגל למזרק 50 מיליליטר עם קצה luer נעילה גברי.
3. לשכת הזרקה
- קאמרי ההזרקה הוא שונה ייבוש ה-off-המדף ויש שנוצר לפני אלסטומר ערבוב מאז זמן העבודה של אלסטומרים שני חלקים לאחר הערבוב הוא מוגבל. איור 8 מתאר את השימושקאמרי הזרקה בתהליך ההזרקה.
איור 8. תהליך אלסטומר הזרקה. אנימציה המתאר תחילה שינויים בתא ייבוש מעבדה סטנדרטי כדי ליצור את תא ההזרקה, ולאחר מכן מתאר את המניפולציה של לחצים להזריק אלסטומר נוזל ממזרק לתוך תבנית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה.
איור 9 הוא סכמטי המתאר כיצד לשנות את ייבוש כדי ליצור את תא ההזרקה הושלם.
איור 9. Crאכילת הזרקה קאמרית. הזרקת הלשכה לאחר שינוי ייבוש הושלם. צעדים מקבילים בהליך מסומנים באיור.
ראה איור 10C & 10D לקאמרי ההזרקה נהג לפברק את חללית intravaginal.
- לקדוח שני חורים במכסה העליון של קיר חדר מכסה תא ייבוש.
- בשני חורי התקנת ואקום מדורג דרך קיר מתאם צינור שחוצה את קיר המכסה יבוש ויוצר חותם.
הערה: קלטת השימוש PTFE או כל סוג אחר של חומר איטום צינור על רכיבים עם חיבורי צינור מתאימים כדי להבטיח חותמות אוויר חזק. השתמש במהדק צינור על כל מתאמי צינור / אבזרי תיל לחזק אוויר אטימות ולמנוע צינורות מההחלקה. - התקנת מד לחץ ואקום בצד החיצוני של המכסה לניטור לחץ קאמרי. זו מושגת על ידי חיבור מד ואקום לאחד מאבזרי הצנרת דרך הקיר עם P דרגה ואקוםמפ"ב ואביזרי צינור.
- התקן את מתאם מזרק המופעל אוויר בצד הפנימי של המכסה באחרת מתאם צינור דרך הקיר. זו מושגת על ידי חיבור מתאם המזרק דרך קיר הצינור מתאים עם צינור מדורג ואקום ואביזרי צינור.
- בצד החיצוני של מתאם הצינור דרך הקיר זהה שיש לו מתאם מזרק, המופעל באוויר המצורף, חבר צינור טי מדורג ואקום הולם. בסניף אחד של צינור טי הולם, להתחבר מד ואקום / לחץ מתחם ללחץ שורה להזריק ניטור. בסניף האחר, להתחבר ואקום מדורג שלוש דרך L-שסתום.
- חבר סניף אחד של L-שסתום שלוש הדרך לאורכו של צינורות מובילים למקור לחץ האוויר חיובי באמצעות צנרת ואביזרי צינור. לעזוב את הסניף השני של שלוש דרך L-סתום שאינו קשור לרגע.
- רוב הייבוש T-שסתום משולש מובנה על קיר החדר. הוספת צינורות חיבור סניף אחד של שסתום זה כדיהולם צינור טי. הסניף השני של השסתום יישאר קשור ונחשף לאווירה לצורך אוורור חדר לחץ.
- חבר סניף אחד של הולם צינור טי לאורכו של הצינור המחובר למקור ואקום. חבר את הסניף השני של צינור טי הולם לסניף L-שסתום הפתוח שלוש דרך מהצעד 3.1.5 באמצעות אורכו של צינור וצינור מדורג ואקום ואביזרי צינור.
4. אלסטומר ערבוב
- לקבוע את הנפח המשוער של אלסטומר הרצוי על ידי בחינת היקף קובץ CAD מאסטר עובש. הגבר את עוצמת הקול של 5% לחשבון עבור אובדן אלסטומר בעת העברה בין מכולות בשלבים הקרובים. לחשב את הסכום של החלק א 'וחלק ב' של אלסטומר הדרוש המבוסס על היצרן הציע יחס ערבוב.
- הנח כוס פלסטיק חד פעמית בהיקף שוקל וטרה זה. יוצקים חלק א 'וחלק ב' של אלסטומר בפלסטיק, הגומי חד פעמיכוס ג. צריכים גם להוסיף כל סוכני צביעה או תוספים בשלב זה.
- לאטום את הפתח הכוס על ידי משיכת שקית ניילון מעליו ואיטום עם 3-4 גומיות.
- מערבבים במשך 2 דקות עם מערבל צנטריפוגלי כדי להבטיח ערבוב אחיד. אם הגדרת דגה זמינה, לערבב 1-2 דקות נוספות על הגדרת דגה. אם מיקסר הצנטריפוגלי אינו זמין, ניתן להשתמש בו ביד ערבוב, אך הוא עשוי להכניס יותר אוויר לתוך התערובת.
- הכן את מזרק זריקת אלסטומר באמצעות כובע luer נעילה נשי לאטום את החלק התחתון של מזרק 50 מיליליטר עם קצה luer נעילה גברי. אבטח את החותם עם Parafilm וגומיית 1.
- העבר את אלסטומר מכוס הפלסטיק לתוך מזרק luer נעילת 50 מיליליטר. אם אלסטומר הוא נצמד אל הקירות של כוס הפלסטיק, להשתמש במשייכות מכחול רחבים לטאטא אלסטומר שיורי שנצמד אל הקירות של כוס הפלסטיק. הימנע רבות משיכות קטנות על מנת להפחית את ההכנסה של אוויר לתוך התערובת.
- אופtional: דגה אלסטומר לאחר העברה לתוך המזרק במיקסר הצנטריפוגלי. זה יכול לעזור להאיץ את תהליך degassing המתואר בשלב 3.8.
- חותם את הישבן הפתוח של מזרק luer נעילת 50 מיליליטר ידי עם Parafilm וגומייה.
- מערבבים עם דגה הגדרה ל30 שניות כדי להאיץ את תהליך degassing.
הערה: מערבלי צנטריפוגלי לא יכולים להיות מתאם מתאים לקיום 50 מיליליטר מזרקים. צעד זה עשוי לדרוש עיצוב של מתאם מותאם אישית למיקסר צנטריפוגלי, אשר יכול להיעשות בCAD ו 3D המודפס. - סיים פעם אחת, הסר את Parafilm והגומייה על הישבן של המזרק.
- הנח את המזרק עם ישבן פתוח בייבוש דגה כ 30 דקות או עד בועות באלסטומר בוטלו. תשמור על עצמך לשקול את זמן העבודה של אלסטומר בשימוש; אלסטומרים צמיגות נמוכים גם דגה במהירות רבה יותר. ואז להסיר את המזרק מהייבוש. </ Li>
- הנח בוכנת מזרק בישבן של המזרק תוך הסרת אוויר שנלכד.
איור 10. ערבוב אלסטומר והזרקה. א) לאחר אלסטומר הנוזל מעורבב וdegassed, בוכנת מזרק מוכנסת לתוך המזרק. מיזוג בין הבוכנה ואלסטומר מוסר בעזרת מחט מזרק כמו הבוכנה מוכנסת. B) המזרק עם אלסטומר מצורף לעובש בשער באמצעות זיווגים luer נעילה. C) קאמרי ההזרקה הוא שונה עובש ייבוש כי ניתן להפיק לפחות 40-50 psi של לחץ פני בוכנת המזרק בעזרת ואקום ואספקת לחץ האוויר חיובי. ד ') לאחר ההזרקה של אלסטומר באמצעות תא ההזרקה.
- לקדם את מחט המזרק ובוכנת מזרק צריך, עד שאין עמודת אוויר גלויה בין בוכנת המזרק ואלסטומר. זה מקובל אם כמויות קטנות של אלסטומר להתגנב עבר קצה האיטום של הבוכנה.
- הסר את מחט המזרק.
5. הזרקת אלסטומר
- הסר את מכסה luer נעילת הנקבה על אלסטומר המזרק המכיל מוכן להזרקה ולחבר את קצה מזרק luer נעילת הזכר למתאם luer נעילה הנשי החשוף על העובש המורכב (איור 10B).
- אבטח את מתאם מזרק המופעל אוויר על הישבן של מזרק 50 מיליליטר עם lu הגבריטיפ ER-מנעול.
- הנח שני העובש והמזרק המצורף לתא ההזרקה. בשלב זה, אולם ההזרקה צריך להיראות דומה איור 11.
איור 11 הזרקת אלסטומר:.. החל תא הזרקה המתואר בתחילתו של תהליך הזרקת אלסטומר הגומי הנוזלי. שני הצדדים של את בוכנת המזרק חשופים ללחץ הסביבה.
- הנח את הכיסוי על חדר ההזרקה, להבטיח כי חותם אטום נוצר.
- משוך את המערכת כולה בתוך תא ההזרקה לואקום.
איור 12. אלסטומרהזרקה:. התיכון סגירה של שסתום 3 כיוונים קרובים לתחתית תא הזרקת חותמות התקנה ומאפשרת שני הצדדים של את בוכנת המזרק שמשכו ללחץ שלילי.
- הפעל את שני שסתומי שלוש דרך על חדר ההזרקה כך שמקור הוואקום הוא רציף עם חדר ייבוש והעמודה של אוויר מאחורי את בוכנת המזרק.
- לאט לאט למשוך ואקום עד כ -14.5 psi מושגת (איור 12). השאר את הוואקום על מנת לשמור על הלחץ הזה. ההסרה של אוויר למנוע בועות מצבירת בחלל העובש ולעזור להפחית את חללי חלל בתוך מכשיר אלסטומר.
- לדחוף את הלחץ חיובי בישבן של בוכנת המזרק.
. איור 13 הזרקת אלסטומר:הסוף. מפנה של השסתום 2-way בחלק העליון של ההתקנה מאפשר הפעלת לחץ אוויר חיובי מאחורי את בוכנת המזרק, שהניבו לפחות 40-50 psi.
- הפעל L-שסתום שלוש הדרך לשבור רצף בין מקור הוואקום תוך יצירת חיבור בין ההיצע החיובי לחץ האוויר והישבן של בוכנת המזרק.
- בהדרגה כבש את לחץ חיובי מאספקת האוויר לפחות עד 25-35 psi מושגת (איור 13). לחצים גבוהים יותר אפשריים בהתאם לעוצמת קשרים של צינורות בשימוש במנגנון תא הזרקה.
- חכה עד שהגיעה את בוכנת המזרק התחתונה של המזרק או עד אלסטומר זורמת מתוך פתחי העובש. אלה מצביעים על ההזרקה היא מוחלטת.
- החזר את תא ההזרקה חזרה ללחץ אטמוספרי.
- כבה את הוואקום ואספקת לחץ האוויר חיובי.
- בהדרגה הופךL-הסתום המשולש מחובר למתאם המזרק, המופעל באוויר חזרה, כך שהוא סגור לאספקת אוויר ופתוחה למקור הוואקום. זה צריך לפרוק את כל הלחץ החיובי.
- הפעל את T-השסתום שלושה דרך לפרוק לחץ השיורי בתא בלחץ אטמוספרי.
- להסיר את התבנית ולהתכונן לריפוי אלסטומר.
- פתח את התא ולהסיר את התבנית.
- לנתק את מתאם מזרק, המופעל באוויר מהחלק האחורי של המזרק.
- לנתק את המזרק כמו גם את הצינור עם שני מתאמי luer נעילת עקיצה לנקבה.
- הנח כובע luer נעילה נשי בסופו של הדבר הגברי החשוף של מתאם luer נעילת עקיצה לזכר שמצורף אל שער העובש כדי למנוע אלסטומר מזורם מתוך חלל העובש.
6. אלסטומר אשפרה & Demolding
- מניחים את התבנית בתנור בטמפרטורה מבוקרת ולרפא את אלסטומר. התייעץ עם מפרט יצרן אלסטומר לדetermine זמן הריפוי וטמפרטורה. תערובת סיליקון לבדיקת intravaginal שמפגינים הוא נרפא ב-C ° 70 במשך 5 שעות.
- ברגע שאלסטומר הוא נרפא, להסיר את התבנית מהתנור.
- Demold מכשיר אלסטומר נרפא לחלוטין.
- הסר את האגוזים ומוטות או ברגים מושחל מהעובש.
- אופציונאלי: אם דבק RTV סיליקון שימש לאטום פערים בקצות הפרידה, השתמש באזמל כדי לחתוך בעדינות לתוך דבק RTV סיליקון כך ניתן להפריד את קצות הפרידה.
- השתמש באזמל כדי לחתוך ולהפריד את המכשיר מחומר אלסטומר נוסף בשער או פתחי האוורור. השתמש באזמל כדי לחתוך משם כל פלאש שאולי נוצר בקצות פרידת העובש.
- נקה את התבניות עם מגבונים וממסים שאינם הרסניים כמו אלכוהול איזופרופיל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
העובש ובדיקת intravaginal בדמויות 14 ו15 מדגים תוצאות נציגו של הנוהל שהוצג במאמר זה.
14 עובש איור. התאסף מלא. מלא התאסף עובש למכשיר הבדיקה intravaginal.
איור 15. Intravaginal בדיקה התקנים. מכשיר הבדיקה intravaginal הסופי.) מבט מלפנים של הקצה כמו כוס של מכשיר מבט צד. ב) לאותו המכשיר. המבנה דמוי הכוס מורכבת משש אלקטרודות טיטניום overmolded כמו גם צינור נירוסטה שפועל כמו פאםקיבול אייל לבדיקת סיבים אופטי.
שימוש ספציפי של המכשיר הזה מתואר בEtemadi אח' 12,13. העובש משמש ליצירת הבדיקה intravaginal היה מפוברק מחומר ABS430 באמצעות מדפסת הממד uPrint פלוס 3D. עובש אחת עבור הבדיקה intravaginal נדרשה כ 1 סליל של חומר ABS430 במחיר של 140 דולרים לסליל. זה לקח כ 1.5 ימים כדי להדפיס את כל שמונה החתיכות של העובש.
סיליקון תרופת הפלטינה כיתה רפואית בשני חלקים המיועד ליישומי LIM (PN40029) היה בשימוש ביישום זה. Overmolded בסיליקון בתפזורת הם מותאמים אישית צינורות נירוסטה, כבל USB שונה, כמה חוטים ואלקטרודות טיטניום, שהוחזקו במקום במהלך הזרקת סיליקון באמצעות יישור תוכנן בקפידה וגיאומטריות מיצוב בעובש. אחד הצינורות חשופים בבסיס המבנה דמוי כוס על חללית intravaginal ויש לו חלון זכוכית בקצו של הצינור לפעולכמו נקבת קיבול לחבילת סיבים אופטית המשמשת למדידות אופטיות. זוהי התכונה החיצונית היחידה שנוספה לאחר סיליקון נרפא וdemolded באמצעות התהליך המתועד.
תוצאות ספציפיות עשויות להשתנות תלוי בגיאומטריה הרצויה או לא והאם overmolding נדרש. הבדיקה intravaginal מוכיחה כי יצירת גיאומטריות מורכבות כגון מבנה דמוי כוס דקה אפשרית עם מדפסות FDM 3D, אם כי גיאומטריות פשוטות יותר עשויות לדרוש חתיכות עובש פחות, חומר עובש פחות, ותהיה מהיר יותר להדפסת 3D. שימוש בטכנולוגיית הדפסה ברזולוציה גבוהה 3D כגון SLA עשוי להיות מסוגל לספק רזולוציה גבוהה יותר, גיאומטריות עדינות, ומסיים משטח מעולה אשר עשוי לבטל את הצורך לסיים באופן ידני תבניות. שימוש בטכניקה מתוארת, overmolding של רכיבים רבים ושונים יכול להיות מושלם כל עוד עיצוב עובש מיושם בזהירות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
של כל הצעדים שתוארו, עיצוב עובש זהיר הוא הקריטי ביותר להצלחה. אדון העובש יש ליצור כגוף מוצק עם גיאומטריות חיצוניות שווים למכשיר הסופי. צריכה להיות מותאמות גיאומטריות אלה לדין וחשבון על כל הצטמקות חומר בשל אלסטומר נבחר כמו גם רזולוציית מדפסת 3D ואת עמידות. מיקום של קווי פרידת עובש ודרך חורים למוטות וברגים מושחל הם תלויים זה בזה. הוספת קווי פרידה מגדילה את מספר מעלות ליניארי והסיבוביים של חופש ההרכבה העובש. דרך חורים ומוטות וברגי הליכי לפעול להגבלה אותו דרגות חופש אלה. העובש חייב להיות מתוכנן כך שהוא מגביל את כל התארים ליניארי והסיבוביים של חופש, כאשר התאסף באופן מלא, תוך מתן אפשרות להסרה של מכשיר אלסטומר נרפא לחלוטין כאשר המוטות המגבילות הליכי והברגים יוסרו. אם אלסטומר נרפא הוא סביר elastically עיוותים, ניתן להגדיר קווי פרידה לא כזהתכונות כובע הסככה עוד אחד מעט מהמכשיר נרפא לחלוטין יכול להיות דחף או שלף את חתיכות עובש. אם רכיבי overmolded הם רצויים, עיצוב העובש חייב גם לספק תכונות מיצוב להגבלת תנועתם של מרכיבי overmolded בעובש התאסף מלא. יש לבחור קווי פרידת עובש בזהירות כדי למזער את מספר חתיכות עובש שנחוצים כדי לייצר את מכשיר אלסטומר הרצוי. מזעור מספר חתיכות עובש וקווי פרדה מקטין את הפוטנציאל להיווצרות הבזק ומקטין את מספר דרך חורים הדרושים לדחיסת חתיכות העובש בזמן ההרכבה עובש. מניסיוננו, עובש ABS נמשך סביב 20 שימושים לפני פלסטיק ABS מתבלה, סדקים, או שיגיונותיו בשל לחצי compressional ומחזורי חימום.
ברגע שחתיכות עובש הודפסו באמצעות מדפסות 3D FDM, כמה שינויים יכולים להתבצע לחתיכות העובש. במקרים מסוימים, חתיכות עובש עשויות ממדפסות FDM 3D יכולות להיות insufficieהרזולוציה NT לייצר משטחי סומק בצורה מושלמת בקווי הפרדה, וכתוצאה מכך פער קטן שיכול להוביל להיווצרות הבזק, כמו גם דליפה של אלסטומר הנוזלי. במקרה זה, שימוש בשכבה דקה של סיליקון RTV בקווי הפרדה של עובש התאסף יכול למנוע דליפה של אלסטומר נוזל דרך קווי פרידת העובש. לחלופין, החלקת פני השטח יכולה להתבצע או על ידי הוספת חומר נוסף לחתיכות עובש (oversizing) ומלטש לממדים סופיים או על ידי טיפול ABS עם אצטון, שממס את הפלסטיק בהדרגה. שיטות אלה יכולים לשמש בזהירות לגיאומטריות עובש לכוונן בקצות הפרידה כדי להפחית את היווצרות הבזק. עם זאת, צריך להיות זהיר בעת המסת משטחי עובש, שכן כך יהיה כימי לצמצם את כוחו של הפלסטיק, מה שהופך אותו קל יותר לפיצוח וסודק. זה יכול להפחית את משך החיים של העובש ולהשפיע גם על עקביות של גיאומטריות פני השטח בין תבניות. יתר על כן, זה קשה לשלוט על uniformity של פירוק עובש, שעלול לגרום לשינויים קלים בגיאומטריה עובש. זו עשויה להיות בעיה אם קבוצות מרובות של תבניות משמשות כדי להמציא מכשירים. כדי לעקוף בעיה זו, טכניקות הדפסה ברזולוציה גבוהות יותר 3D יכולות לשמש לייצור עובש. יתרון נוסף של ניצול עובש ברזולוציה גבוהה יותר או עובש שטופלה באצטון הוא הקלות המוסף של הפרדת מכשיר אלסטומר מלהירקב ABS במהלך demolding. לחלופין, ניתן להשתמש בם משחרר עובש למעייל חלל העובש כדי לסייע demolding. עם זאת, לבדיקת intravaginal הפגינה בהליך זה, שחרור עובש היה בפרט נמנע בשל הסיכון הפוטנציאלי של החדרת כימיקלים שחרור עובש לסביבה בנרתיק. צריך גם להקפיד על מנת להבטיח כי חומר עובש שנבחר לא לעכב ריפוי של אלסטומר.
אתגר אחד ברכיבי overmolding באלסטומר סיליקון, כמו זו המשמשת לבדיקת intravaginal, הוא שהקפדת סיליקון ומתכת היאקשה לשמצה. דרישה אחת עבור הבדיקה intravaginal הייתה לאפשר פערים קטנים בממשקי החומר להתרחש אם סיליקון מעווה אלאסטי. זה משקף את הרצון לאפשר המבנה דמוי כוס על חללית intravaginal להגמיש ולמתוח כמו שרוול סביב צוואר הרחם תוך הבטחת אטימות מים בין שני חלקי המתכת וסיליקון של המכשיר. אטימות מים היו נחוצות בשל הנחיות ניסוי בבני אדם לניקוי ועיקור של המכשיר בפלזמה מי חמצן. דרישה זו נפגשה אחרי demolding ההתקנים על ידי יישום בזהירות סיליקון רפואי לפריימר דבק מתכת לצומת בין גוף מכשיר סיליקון ורכיבי מתכת ולאחר מכן החלת תרופה בטמפרטורת חדר סיליקון (RTV) לצמתי המתכת אלסטומר. שיטה נוספת המועסקות כדי לשפר את ההידבקות בין המתכת וסיליקון הייתה לתכנן את כל רכיבי המתכת המוטבעים עם סנפירים עגולים. לאחר ההזרקה, רווח בין הסנפירים הוא בדיוניlled עם סיליקון הנוזלי, אשר לאחר מכן מתמצק במהלך ריפוי. תכונת עיצוב זה מאפשרת לחצים שיועברו מהגוף סיליקון לרכיבי מתכת תוך הפחתת הנטייה להיווצרות פער בין המתכת וסיליקון.
אמנם יש יתרונות רבים הקשורים לשימוש של מדפסות, כלומר מהירויות מבוססות ABS FDM 3D מהירה הדפסה, עלות נמוכה, ושפע של שירותי הדפסת חוזה המשתמשים בטכנולוגיית-אלה יתרונות יש לשקול בזהירות ביחס לפשרות להיות עשה. מדפסות 3D מבוסס ABS מאפשרת גישת אב טיפוס ופיתוח איטרטיבי מהירה תוך ABS עצמו מתאים לדפוס אלסטומרים רבים משום שהוא בדרך כלל אינרטי מבחינה כימית 14,15. עם זאת, יש פלסטיק ABS טמפרטורת חום סטיה של כ 90-100 מעלות צלזיוס, דבר המגבילה את טמפרטורת העבודה המרבית על כ 70 ° C 16. משמעות הדבר היא כי טמפרטורות ריפוי גבוהות יותר לא יכולות להיות מושגות באמצעות תבניות ABS.תוצאת sa, זמן הריפוי של אלסטומר המשמש לבדיקת intravaginal, מ -3 דקות ב C ° 175 עד 5 שעות ב70 ° C. אם טמפרטורות ריפוי גבוהות יותר הן רצויים, ניתן לשקול שימוש בחומרים FDM אחרים כגון פוליקרבונט. שימוש בהדפסת 3D מבוסס SLA מאפשר הרזולוציה העובש הטובה ביותר האפשרית ומספק מבחר רחב של חומרי שרף. עם זאת, המשך קידום בטכנולוגית FDM הוא סוגר את הפער ברזולוציה בין שתי הטכניקות. בעוד התבניות מבוססות FDM משמשות ליצירת הבדיקה הווגינאלית רזולוציה שכבת 254 מיקרומטר, מכונות FDM חדש יותר יכול להשיג 100 מיקרומטר החלטות ולהלן. הדפסת 3D מבוססת SLA היא בדרך כלל יקרה יותר ויותר זמן אינטנסיבי מאשר הדפסה מבוססת 3D FDM, והרבה פחות מתקנים להחזיק בבית ציוד צד"ל. גורמים אלו להפוך את מדפסות FDM 3D מתאימות יותר לפיתוח איטרטיבי מהיר בעלות נמוכה. למעשה, SLA משמש בדרך כלל לריצות טיפוס ודגמים בנפח הנמוך של מכשירי פוליאוריטן על ידיהדפסת מאסטר עובש ליהוק עובש סיליקון סביב המאסטר העובש כדי ליצור את התבנית להזרקת פוליאוריטן. היתרון של שימוש בסיליקון כחומר עובש הוא שזה הוא פולימר תרמופלסטיים ולא נמס בטמפרטורות גבוהות יותר בריפוי. עם זאת, קשה או בלתי אפשרי לחלק את תבנית סיליקון לחתיכות רבות כדי ליצור תבניות מורכבות כגון מכשיר הבדיקה intravaginal; יתר על כן, יישור לovermolding עשוי להיות דומה מאתגר. התוצאה היא שתבניות סיליקון המיוצרים בשיטה זו הן בדרך כלל תבניות שני חלקים ודורשות ציוד לים מסורתי להזרקה של פולימר לתוך חלל העובש. וכך, בעוד בשיטה זו היא לא יקרה כמו זריקה לים מסורתית, את העלות הכוללת של בניית אב טיפוס בשיטה זו היא עדיין יקרה למדי ויותר זמן אינטנסיבי יותר מאשר הפרוטוקול המתואר לשימוש במדפסות 3D FDM וייבוש הותאם להזרקת אלסטומר. יתרונות נוספים של השיטות המוצעות כוללים את יכולת directlחתיכות עובש הדפסת y מבלי ליצור מאסטר פיזי עובש, כמו גם את העובדה כי טכניקה זו אינה דורשת השקעה בציוד צד"ל או לים יקר ראשון.
השיטה המוצעת מאפשרת דיגום מהיר של מכשירי אלסטומר עם גיאומטריות מורכבות ודרישות, שהוא סימן היכר של תחומים כגון מכשירים רפואיים. חוסר שיטות סטנדרטיות או מתועדות כדי לעבור במהירות התקני אלסטומר תרם להאט ופיתוח יקר של מכשירים רפואיים. הגמישות הגלומה בתהליך המתואר בכתב היד הזה מאפשר כמעט לכל גיאומטריה להיבנות ודרישת overmolding להיות נפגשה. ניתן להשתמש בו למהירות ואב טיפוס מכשיר בזול לחזר בשלב מוקדם בתהליך פיתוח המכשור הרפואי. זו שימושית במיוחד בסביבות משאב מוגבל כגון מעבדות אקדמיות או סביבות הזנק בי מדפסות 3D הן נפוצות יותר ויותר, אבל ציוד לים הוא נדיר. בנוסף, מודלים CAD מיוצרים ביחסי ציבור זהocess ניתן להעברה לתהליכי ייצור בעתיד וניתן להשתמש בם כדי להקל על ייצור של תבניות מתכת מסורתיות המשמשות לים. אמנם שיטה זו הודגמה לפיתוח מכשור רפואי עם מכשיר הבדיקה intravaginal, הפרוטוקול יכול בקלות להיות מותאם לתחומים אחרים ויישומים שבו בעלות נמוכה, בנפח נמוך, ופיתוח איטרטיבי מהיר של מכשירים מבוססי אלסטומר הן רצויים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
אף אחד מהמחברים לי שום אינטרסים כלכליים מתחרים ביחס לעבודה המפורטים במאמר זה.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ABS Model Material | Stratasys | P430 | Model Material for uPrint Plus SE (Step: Mold Design & Production) |
| Soluble Support Material | Stratasys | SR-30 | Support Material for uPrint Plus SE (Step: Mold Design & Production) |
| Underwater Silicone Sealant, 2.8 Oz Tube, Clear | McMaster-Carr Supply Company | 7327A21 | Silicone RTV for sealing gaps at mold parting lines (Step: Mold Assembly) |
| Tubing, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" Wall Thickness, Ultra-chemical-resistant Tygon PVC, Clear | McMaster-Carr Supply Company | 5046K11 | Forms runner/sprue adapter between mold and syringe with elastomer (Step: Elastomer Mixing) |
| Coupling, Adapter, Straight, Male Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K123 | Connect runner/sprue between mold and syringe with elastomer (Step: Elastomer Mixing) |
| Coupling, Adapter, Staight, Female Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K213 | Connect runner/sprue between mold and syringe with elastomer (Step: Elastomer Mixing) |
| Cap, Female Quick-turn (Luer lock), Nylon | McMaster-Carr Supply Company | 51525K315 | Cap to prevent silicone from leaking out of mold after injection (Step: Elastomer Mixing) |
| Liquid Silicone Rubber (LSR) 30 - 10:1, Implant Grade | Applied Silicone Corporation | PN40029 | Substitute with the elastomer of your choice. This is the one used for the intravaginal probe (Step: Elastomer Mixing) |
| Syringes (BD), 1 ml Slip-Tip, non-sterile clean, bulk | Cole-Parmer | WU-07945-00 | Syringes for transfering elastomer material (Step: Elastomer Mixing) |
| Syringes (BD), 1 ml Slip-Tip, non-sterile clean, bulk | Cole-Parmer | WU-07945-04 | Syringes for transfering elastomer material (Step: Elastomer Mixing) |
| Syringe, 20 ml, Open Bore, Solid Ring Plunger and Grip | Qosina Corporation | C1200 | Syringes for transfering elastomer material. Open bore is used for very viscous elastomers. (Step: Elastomer Mixing) |
| Needle (BD), Non-sterile Clean with Shields, 18 G x 1.5" Lg., Stainless Steel, BD Bulk | Cole-Parmer | WU-07945-76 | Used for removing air column between syringe plunger and elastomer (Step: Elastomer Mixing) |
| Plastic Cups, 12 Oz., Clear | Safeway | N/A | Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing) |
| Polyethylene Bag, Open-Top, Flat, 5" Width x 6" Height, 2-MIL Thk. | McMaster-Carr Supply Company | 1928T68 | Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing) |
| Rubber Band, Latex Free, Orange, Size 64, 3-1/2" L x 1/4" W | McMaster-Carr Supply Company | 12205T96 | Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing) |
| Parafilm Wrap, 4" W | Cole-Parmer | EW-06720-40 | Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing) |
| Syringe Barrels with Stoppers, Luer Lock, Air Operated, 50 ml | EWD Solutions | JEN-JG50A-15 | Smaller syringes can be used if less elastomer is required, but make sure it is compatible with Air Operated Syringe Adapter in injection chamber (Step: Elastomer Mixing) |
| Sealant Tape, Pipe Thread, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0.5 G/CC Specific Gravity | McMaster-Carr Supply Company | 4591K11 | Teflon Tape for air-tight seals around at threads (Step: Elastomer Injection) |
| Scalpel Blades, Disposable, No. 22 | VWR | 21909-646 | Used for cutting tubing and demolding (Step: Curing & Demolding) |
| Kimwipes | VWR | 21903-005 | (Step: Curing & Demolding) |
| 2-Propanol, J. T. Baker | VWR | JT9334-3 | (Step: Curing & Demolding) |
| uPrint Plus SE 3D Printer | Stratasys | uPrint Plus SE | Other 3D printers can be used (Step: Mold Design & Production) |
| Screw, Cap, Hex Head, 1/4"-28 , 2-1/2" Lg, 18-8 Stainless Steel | McMaster-Carr Supply Company | 92198A115 | Screws used with nuts to compress mold (Step: Mold Assembly) |
| Nut, Hex, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Height, 18-8 Stainless Steel | McMaster-Carr Supply Company | 91845A105 | Screws used with nuts to compress mold (Step: Mold Assembly) |
| Stud, Fully Threaded, 1/4"-28, 1" Lg, 18-8 Stainless Steel | McMaster-Carr Supply Company | 95412A567 | Threaded-rods can be cut to desired length and are used with nutes to compress mold (Step: Mold Assembly) |
| Planetary Centrifugal Mixer | THINKY USA Inc. | ARE-310 | Mixers are strongly recommended for fine mixing and to reduce degassing time, but hand mixing is fine (Step: Elastomer Mixing) |
| Laboratory Weigh Scale | Mettler-Toledo International Inc. | EL602 | (Step: Elastomer Mixing) |
| Desiccant Vacuum Canister, Reusable, 10-3/4" OD | McMaster-Carr Supply Company | 2204K7 | This desiccator is used for degassing the elastomer (Step: Elastomer Mixing) |
| Custom 3D-Printed Mixer-to-Cup Adapter | N/A | N/A | Modeled in Solidworks CAD and 3D printed (Step: Elastomer Mixing) |
| Tubing, Smooth Bore, 1/4" ID, 1/2" OD, 1/8" Wall Thickness, High Purity Tygon PVC, Clear | McMaster-Carr Supply Company | 5624K51 | Tubing outside of Desiccator (Step: Elastomer Injection) |
| Tubing, Smooth Bore, 3/8" ID, 5/8" OD, 1/8" Wall Thickness, High Purity Tygon PVC, Clear | McMaster-Carr Supply Company | 5624K52 | Tubing to adapt to Air/Vacuum Supply (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Reducer, Straight, Vacuum Barb 3/8" Tube ID X Vacuum Barb 1/4" Tube ID, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 44555K188 | Adapt Tubing outside Desiccator to Tubing leading to Air/Vacuum Supply (Step: Elastomer Injection) |
| Clamp, Hose & Tube, Worm-Drive, for 7/32" to 5/8" OD tube, 5/16" Wd., 316 SS | McMaster-Carr Supply Company | 5011T141 | Used on tubing to create Air/Vacuum-tight seal at junctions (Step: Elastomer Injection) |
| Clamp, Hose, Smooth-Band Worm-Drive, for 1/2" to 3/4" OD tube, 3/8" Wd., 304 SS | McMaster-Carr Supply Company | 5574K13 | Used on tubing to create Air/Vacuum-tight seal at junctions (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Tee, Vacuum Barb 1/4" Tube ID, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 44555K138 | Tee Junction between Vacuum, Three-way T-valve on Desiccator, and Three-way L-valve (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Tee, 1/4 NPT Female X Female X Male, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 50785K222 | Tee Junction between Pressure Gauge, Chamber, and Three-way L-valve (Step: Elastomer Injection) |
| Valve, Ball, Straight, T-Handle, 1/4 NPT Female X Male, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 4082T42 | Three-way L-valve (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Adapter, Straight, Vacuum Barb 1/4" ID Tube X 1/4 NPT Male, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 44555K132 | Adapter for Three-way L-valve-to-Tubing (Step: Elastomer Injection) |
| Saw, Hole, Bimetal. 1-3/8" OD, 1-1/2" Cutting Depth | McMaster-Carr Supply Company | 4066A25 | Used to cut holes in Desiccator for throughwall fittings (Step: Elastomer Injection) |
| Arbor, 9/16" to 1-3/16" Saw, 1/4" Hex | McMaster-Carr Supply Company | 4066A76 | Used to cut holes in Desiccator for throughwall fittings (Step: Elastomer Injection) |
| Arbor Adapter for 1-1/4" Thru 6" Dia Hole Saws | McMaster-Carr Supply Company | 4066A77 | Used to cut holes in Desiccator for throughwall fittings (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Straight, Through-Wall, 1/2 NPT Female, Polypropylene | McMaster-Carr Supply Company | 36895K141 | Throughwall fittings leading to Pressure/Vacuum Gauges (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Adapter, Straight, Reducing, Bushing, Hex, 1/2 NPT Male X 1/4 NPT Female, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 4429K422 | Reducing tube diameter inside the Desiccator to adapt to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Adapter, Straight, Reducing, Bushing, Hex, 1/4 NPT Male X 1/8 NPT Female, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 4757T91 | Reducing tube diameter inside the Desiccator to adapt to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection) |
| Coupling, Adapter, Straight, Vacuum Barb 1/4" ID Tube X 1/8 NPT Female, Brass | McMaster-Carr Supply Company | 44555K124 | Reducing tube diameter inside the Desiccator to adapt to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection) |
| Syringe Adapters, Air Operated, 30/50 ml | EWD Solutions | JEN-JG30A-X6 | Air operated syringe adapter on the inside of the Desiccator; must be compatible with syringes used to hold elastomer (Step: Elastomer Injection) |
| Gauge, Dual-Scale Vacuum, 2-1/2" Dial, 1/4 NPT Male, Bottom Connector, 30" Hg-0, Steel Case | McMaster-Carr Supply Company | 4002K11 | Vacuum Gauge (Step: Elastomer Injection) |
| Gauge, Dual-Scale Vacuum and Compound, 3-1/2" Dial, 1/4 NPT Male, Center Back, 30" Hg-0, 100 PSI, Steel Case | McMaster-Carr Supply Company | 4004K616 | Pressure Gauge leading to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection) |
| Oven, Vacuum, Isotemp, Economy | Fisher Scientific | 280A | Standard non-vacuum oven can be used (Step: Curing & Demolding) |
| Solidworks CAD | Dassault Systèmes | Solidworks Research Subscription | Other CAD Software can be used for mold master and mold design (Step: Mold Design & Production) |
References
- Painter, P. C., Coleman, M. M. Essentials of Polymer Science and Engineering. DEStech Publications. , Lancaster, PA. (2009).
- Rosato, D. V., Rosato, M. G., Schott, N. R. Reaction Injection Molding. Plastics Technology Handbook - Volume. 2, 103-139 (2010).
- Cybulski, E. Plastic Conversion Process: A Concise and Applied Guide. , CRC Press: Boca. Raton, FL. (2009).
- Ortiz, H. ernández, J,, Osswald, T. Modeling processing of silicone rubber: Liquid versus hard silicone rubbers. Journal of Applied Polymer Science. 119, 10-1002 (2010).
- Dym, J. B. Injection Molds and Molding: A Practical Manual. , 395, New York, NY. (1987).
- Mueller, T. Stereolithography-based prototyping: case histories of applications in product development. Northcon 95. IEEE Technical Applications Conference and Workshops Northcon. , 305–310, doi:10.1109/NORTHC.1995.485087. , (1995).
- Hilton, P. Rapid Tooling: Technologies and Industrial Applications., 288, Press: Boca. , Raton, Florida. (2000).
- Ahn, S. -H., Montero, M., Odell, D., Roundy, S., Wright, P. K. Anisotropic material properties of fused deposition modeling ABS. Rapid Prototyping Journal. 8 (4), 248-257 (2002).
- Cheah, C. M., Tan, L. H., Feng, C., Lee, C. W., Chua, C. K. Rapid investment casting: direct and indirect approaches via fused deposition modelling. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 23 (1-2), 1-2 (2004).
- Harris, A., Wild, P., Stopak, D. Silicone Rubber Substrata: A New Wrinkle in the Study of Cell Locomotion. Science. 208 (4440), (1980).
- Moisan, M., Barbeau, J., Moreau, S., Pelletier, J., Tabrizian, M., Yahia, L. H. Low-temperature sterilization using gas plasmas: a review of the experiments and an analysis of the inactivation mechanisms. International journal of pharmaceutics. (1-2), 226-221 (2001).
- Etemadi, M., Chung, P., Heller, J., Liu, J., Rand, L., Roy, S. Towards BirthAlert - A Clinical Device Intended for Early Preterm Birth Detection. IEEE Trans Biomed Eng. 10, (2013).
- Etemadi, M., Chung, P., et al. Novel device to trend impedance and fluorescence of the cervix for preterm birth detection. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2013, 176–9, doi:10.1109/EMBC.2013.6609466. , (2013).
- Owen, S. R., Harper, J. F. Mechanical, microscopical and fire retardant studies of ABS polymers. Polymer Degradation and Stability. 64, 449-455 (1999).
- Cassidy, P. E., Mores, M., Kerwick, D. J., Koeck, D. J., Verschoor, K. L., White, D. F. Chemical Resistance of Geosynthetic Materials. Geotextiles and Geomembranes. 11, 61-98 (1992).
- Akay, M., Ozden, S. The influence of residual stresses on the mechanical and thermal properties of injection moulded ABS copolymer. Journal of Materials Science. 30 (13), (1995).
