Schnelle und Low-Cost-Prototyping für Medizinische Geräte mit 3D Printed Formen für Liquid Injection Molding

Summary

Wir haben ein Verfahren zur kostengünstigen und Rapid Prototyping von flüssigen Elastomergummispritzguss Geräte mithilfe Fused Deposition Modeling 3D-Drucker für den Formenbau und einem modifizierten Exsikkator als Flüssigkeitsinjektionssystem entwickelt.

Abstract

Biologisch inert Elastomeren wie Silikon sind günstig Materialien für medizinische Gerätefertigung, sondern Formen und Härten dieser Elastomeren mit herkömmlichen Flüssigspritzgussverfahren kann ein teurer Prozess durch Werkzeug-und Gerätekosten sein. Als ein Ergebnis wurde es traditionell unpraktisch, Flüssigspritzgießen für kostengünstige, Rapid Prototyping Anwendungen. Wir haben eine Methode für die schnelle und kostengünstige Herstellung von flüssigen Elastomerspritzguss Geräte, Fused Deposition Modeling 3D-Drucker für den Formenbau und einem modifizierten Exsikkator als Injektion System nutzt entwickelt. Geringe Kosten und eine schnelle Bearbeitungszeit bei dieser Technik senken die Barriere iterativ Gestaltung und Prototyping komplexer Elastomer-Geräte. Darüber hinaus können CAD-Modelle in diesem Prozess entwickelt, später für die Metall-Formwerkzeugentwicklung angepasst werden, was einen einfachen Übergang zu einer herkömmlichen Spritzgussverfahren. Wir haben diese Technik verwendet, um die Herstellung intravaginal Sonden mit komplexen Geometrien sowie über Umspritzen von Metallteilen, die die Tools häufig innerhalb einer akademischen Forschungslabor. Jedoch kann diese Technik leicht an spritzgegossenen Vorrichtungen für viele andere Anwendungen zu schaffen.

Introduction

Flüssig-Spritzgießen (LIM) (auch als Reaktionsspritzguss bekannt) wird oft verwendet, um elastomere Geräte von duroplastischen Elastomeren herzustellen, aber hohe Werkzeug-und Gerätekosten erfordern viel Vorab-Investitionen ^ein. Darüber hinaus können LIM technisch anspruchsvollen und aufwendig zu implementieren in Fällen mit komplexer Geometrie und Anforderungen für die Überform sein. Als Ergebnis, ist es in der Regel unpraktisch, traditionelle LIM in Ultra-Low-Volumen oder mit Frühstadium Gerätedesigns, die oft entstehen iterative Revisionen zu verwenden.

Die typische Vorgehensweise für das Spritzgießen elastomeren Materialien beinhaltet die Injektion flüssigen Monomeren bei Drücken um 150 psi in eine Form mit Spezialspritzgussmaschinen ^2. Temperaturen und Drücke gesteuert werden, um eine laminare Strömung zu gewährleisten und verhindern, dass Luft in die Form ³ eingefangen. Rohstoffe sind typischerweise zweiteilige Härtungssysteme, wie Platin Heilung Silikon, tHut in getrennten Kammern und Temperatur gesteuert vor der Injektion gehalten. Die beiden Komponenten des Ausgangsmaterials in einem Hochdruck-Mischkammer zuführt, die anschließend in den Formhohlraum gepumpt. Das Härten wird durch die Gegenwart eines Katalysators sowie Temperaturen um 150-200 ° C ⁴ erreicht. Schimmelpilze sind in der Regel aus Stahl oder Aluminium, präzise Toleranzen bearbeitet, um eine gute Dichtung um ^3,5 Abschied Kanten erstellen. Leider ist dieser Prozess in der Regel besser geeignet für größere Serienfertigung bei hohen Formwerkzeugkosten sowie der Forderung nach Facheinspritzung und Regelungstechnik.

Für das Rapid Prototyping von Polyurethan (PU)-Teile, ist es möglich, Stereolithographie (SLA) zu verwenden, um eine Form Master erstellen und produzieren eine Silikonkautschukform ^6,7. Jedoch ist diese Technik nicht geeignet für die Umspritzung da es schwierig ist, eine genaue Ausrichtung der übergeformten Komponenten zu erreichen, wie das Silikon durchentwerfen, nicht eine starre Struktur. Ferner Herstellung von Vorrichtungen mit komplexen Geometrien, wie Einstülpungen oder ausgehöhlten Abschnitte, schwierig oder unmöglich. Die Voraussetzung für komplexe oder präzise Formtrennlinien und starre dünne Elemente sind mehr als oft nicht, mit dem flüssigen Gummi Formprozess unvereinbar.

Die oben genannten Produktionsmaßstab oder Spätstadium-Prototyping-Verfahren sind oft unpraktisch für Frühphasen-Entwicklung medizinischer Geräte, in denen ein paar Geräte müssen für Proof-of-Konzept-und Machbarkeitsstudien in der menschlichen hergestellt werden, wie es oft der Fall in akademischen Labor und Start-up-Unternehmens-Umgebungen. Der Mangel an Alternativen bedeutet oft, dass selbst im Frühstadium der Entwicklung würde hohe Kosten verursachen, die viele Geräteentwickler auf Gerätefunktionen zu begrenzen oder legen Entwicklung zu halten, während zusätzliche Mittel angehoben. Dies trägt zu einer drastischen Verlangsamung des Entwicklungsprozesses, da ein großer Teil der medizinischen Vorrichtungen wieder erfordern Umsetzung von komplexen Funktionen. Es ist auch schwierig, die kostspielige Entwicklung solcher Vorrichtungen seit Proof-of-Concept-Daten oft noch nicht etabliert finanzieren. Wir stießen auf dieses Straßensperre in einem aktuellen Projekt in diesem Labor, das die Entwicklung eines Silikon intravaginale Sonde mit umspritzten elektrischen und optischen Sensoren, die eine becherartige Spitze erforderlich, um zu bestimmten Geometrien entsprechen Gebärmutterhalskrebs beteiligt. Die in diesem Artikel beschriebenen Verfahren dokumentiert unser Versuch, diesen Teufelskreis zu umgehen und schnell zu erreichen Proof-of-Concept für LIM medizinische Geräte.

Die in Abbildung 1 gezeigten Technik dekonstruiert das LIM-Prozess in fünf Hauptaktivitäten: (1) Formenbau und Produktion, (2) Formanordnung (3) Elastomermischung, (4) Elastomer-Injektion, und (5) Elastomer Aushärtung und Entformung.

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.. Abbildung 1 Protokoll Übersicht des Protokolls, das beinhaltet: (1a) die Schaffung einer Form mit Computer-Aided-Design-Tools, (1b), 3D-Druck der Formteile, (2) Zusammensetzen der Formstücke mit Gewindestangen und Schrauben ( 3) Mischen von flüssigen Elastomeren und Einlegen in eine Spritze, (4) Einspritzen des flüssigen Elastomers in die Form unter Verwendung einer modifizierten Exsikkator (5a) Härten des Elastomers in einem temperaturgeregelten Ofen, und (5b) Entformen des gehärteten Elastomers Gerät die Formstücke.

Mold-Design beinhaltet die Entwicklung einer Form Master in Computer-Aided Design (CAD) Software, Subtraktion der Form-Master aus einem massiven Block und Definition von Formtrennlinien. Formteile erstellt werden und unter Verwendung von Schrauben, Stangen und Muttern mit umspritzten Komponenten in den Formhohlraum positioniert ist dann zusammengebaut. Elastomer mixing beinhaltet die Kombination von Teilen A und B des Rohstoff-und Entgasung, um mögliche Hohlräume in dem Material zu entfernen. Als nächstes Elastomer Injektion beinhaltet druckbetriebenen Füllung des Formhohlraumes, gefolgt von Härten Elastomer in einem temperaturgesteuerten Ofen einer chemischen Vernetzung der Polymerketten zu gewährleisten.

Das Aufbrechen der Spritzgussverfahren in dieser Schritte ermöglicht es uns, traditionelle LIM Geräte für kostengünstige Alternativen zu verzichten. Zum Beispiel, statt der Bearbeitung eines Metallform oder Gießen eine Silikon-Gummi-Form aus einer Form-Master, die Formen von der in dieser Handschrift beschriebenen Protokoll erstellt wurden aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Kunststoff unter Verwendung einer geschmolzenen-Deposition Modeling (FDM) 3D erstellt Drucker ^8,9. Im Vergleich zu den Bau-oder Metallformen SLA Formen, ist FDM in der Regel ein kostengünstiger und schneller Prozess. Ziemlich komplexe Formen können schnell auf einer Inhouse-3D-Drucker gedruckt werden, oder billig von einem der vielen Vertrags printin 3D produziertg-Dienste zur Verfügung. So wurde beispielsweise eine komplexe acht-teilige 3D-gedruckten Form verwendet und in den 14 und 15 gezeigt, die demonstriert intravaginale Sonde in der repräsentative Ergebnisse Schnitt vergossen. Alle Teile für diese Form kann in etwa 1,5 Tage auf einer Inhouse-3D-Drucker ausgedruckt werden. Durchlaufzeiten für einfachere Formen können ein paar Stunden sein. Die Gesamtlänge der Zeit notwendig, um ein Gerät mit FDM 3D-Drucker um Formen zu erstellen Prototypen ist vergleichbar mit der Zeit, um eine Form aus Silikonkautschuk gegossen und eine Polyurethan-Prototyp erforderlich. Allerdings mit FDM 3D-Drucker um Formen erstellen können mehrere Dinge, die nicht einfach mit einem Silikonform erreicht werden kann: (1) viele duroplastischen Elastomeren verwendet werden, sofern der 3D-gedruckte Form kann die erforderlichen Härtetemperaturen vertragen, (2) komplexe Geometrien kann unter Verwendung vieler verschiedener Formteile und Trennlinien erzeugt werden, und (3) die Verwendung von starren Formstücke erlaubt eine genaue und reproduzierbareBLE Ausrichtung umspritzten Bauteilen innerhalb des Formhohlraums.

Anstelle der Verwendung eines herkömmlichen LIM Maschine, welches das Mischen kombiniert, Injektion, und Härten ist es möglich, einen Labormischer zu verwenden, um ein homogenes Mischen, ein modifiziertes Exsikkator zur Injektion, und eine Standard-Temperatur-gesteuerten Ofen zum Aushärten zu gewährleisten. Das Einspritzsystem wurde mit off-the-shelf-Komponenten erstellt und beinhaltet die Zugabe eines positiven Druckversorgungsleitung in den Exsikkator, der mit einer Spritze mit Misch Elastomer gefüllt verbindet. Unterdruckkammer in Tisch Exsikkatoren wird typischerweise durch eine Dreiwegeventil zwischen den Kammern, eine Vakuumleitung und der Atmosphäre gesteuert. Das modifizierte Exsikkator fügt eine positive Druckversorgungsleitung zur Zuführung der Rückseite eines Spritzenkolbens. Dies ermöglicht die Schaffung eines 40-50 psi Druckdifferenz, die ausreichend für flüssige Material Injektion in den Formhohlraum ist.

Diese Technik erlaubt es uns, produce Silikon intravaginale Sonden mit umspritzten elektrischen und optischen Sensoren, die Proof-of-Concept-Daten für eine klinische Phase-I-Studie zu sammeln. Silikon wurde aufgrund der Notwendigkeit für die biologische Inertheit als auch die Fähigkeit, mit einer Vielzahl von Verfahren ausgewählt ^10,11 sterilisieren. Darüber hinaus benötigt das Gerät eine komplexe und unkonventionelle becherartige Geometrie an der Spitze der Sonde, wo Sensoren sind so angeordnet, mit dem Gebärmutterhals-Schnittstelle. Ohne die Verwendung der beschriebenen Technik wäre es ein sehr teurer und langwieriger Prozess, um diese Geräte zu produzieren. Diese Anpassung der LIM-Verfahren reduziert die Kosten und Anforderungen an die Ausrüstung, wenn zum traditionellen LIM Verfahren verglichen, so dass es praktisch, eine schnelle und iterativen Ansatz zur Gestaltung von Elastomer-Geräte erlassen.

Protocol

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung spezifischer Begriffe und Funktionen in der für Formenbau und Produktionsschritte verwendet Solidworks, obwohl auch andere Software-Pakete können auch verwendet werden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.

1. Mold Design und Produktion

1. Entwerfen Sie eine maßstabs Urform mit Computer-Aided Design (CAD) Software. Spezielle Verfahren in Form Master Design wird abhängig von der spezifischen Geometrie des gewünschten Elastomereinrichtung variieren. Dieser und die folgenden Schritte werden wichtige Schritte, die in einer bestimmten Form Master-und Formenbau, die in etwa ähnelt der in der repräsentativen Ergebnisse Schnitt dargestellt intravaginale Sondeneinrichtung führen zu veranschaulichen.
   1. So definieren Sie die Sondenspitze, erstellen Sie eine 2D-Skizze in der rechten Ebene, die die internen und externen Grenzen einer radialen Querschnitt des topfartige Geometrie ähnlich 2A angibt. Verwenden Sie den "Smart Dimension" SkizzierwerkzeugSkizze Dimensionen definieren. Sicherstellen, dass alle Geometrien werden entsprechend durch Zugabe von ausreichend Beziehungen zwischen Elementen der Skizze eingeschränkt. Wenn Sie fertig sind, beenden Sie die Skizze.

   
   Abbildung 2. 2D-CAD-Zeichnungen. A) 2D-Skizze, die radial um die Y-Achse gedreht ist, um eine Tasse-ähnliche Funktion, ähnlich dem auf der intravaginale Sonde Gerät. B) tropfenförmige 2D-Skizze, die aus der Ebene in ein Prisma-extrudiert werden kann erzeugen wie Struktur, die den Griff der Sonde intravaginale Gerät. C) Ein Beispiel Skizze, die beiden Regionen in der radialen Querschnitt der becherartige Funktion Bereich der Form schafft bildet. Drehte Kürzungen selektiv in Region 1 Region 2 oder um die Y-Achse unterschiedliche Formteile ergeben.

   2. Mit der "gedrehten Boss / Base"-Funktion, um die 2D-Skizze drehen sich 360 ° um die Y-Achse, um eine 3D-Funktion, die eine Tasse ähnelt produzieren. Individuelle Konturen und / oder Regionen der Skizze kann individuell ausgewählt werden, um selektiv drehen gewünschten Bereichen der Skizze mit jedem Aufruf der "gedrehten Boss / Base"-Funktion werden.
   3. Um den Griff der Sonde zu definieren, erstellen Sie eine 2D-Skizze in der oberen Ebene, die die Außengrenzen eines Querschnitts der tropfenförmige Geometrie ähnlich gibt auf 2B. Wenn Sie fertig sind, beenden Sie die Skizze.
   4. Verwenden Sie die "Strang Boss / Base"-Funktion, um ausgewählte Konturen und / oder Regionen der 2D-Skizze in der Y-Richtung zu extrudieren. Profile können sowohl in der positiven und negativen Y-Richtung extrudiert werden und kann auch angegeben werden, um / Ende in bestimmten Ebenen, Oberflächen, oder feste Offsets starten. Geben die Extrusion in der Basis des tassenförmigen Geometrie beginnen und erstrecken sich von die Öffnung des becherartigen Geometrie.
2. In einem separaten CAD-Datei, ziehen Sie ein rechteckiges Prisma Festkörper, die groß genug ist, um die Form zu umhüllen Master ist.
   1. Um den rechteckiges Prisma definieren, erstellen Sie ein Rechteck in einer 2D-Skizze in der oberen Ebene. Stellen Sie sicher, X-Dimension des Rechtecks ​​ist größer als der breitesten Form Master Geometrie in der X-Richtung und des Rechtecks ​​Y-Dimension größer ist als der breitesten Form Master Geometrie in der Y-Richtung. Wenn Sie fertig sind, beenden Sie die Skizze.
   2. Verwenden Sie die "Strang Boss / Base"-Funktion, um die Region mit dem Rechteck in der 2D-Skizze in der Y-Richtung eingeschlossen extrudieren. Sicherstellen, dass die Extrusionslänge länger als die längste Urform Geometrie in der Y-Richtung ist.
3. Kombinieren Sie die Form-Master und den rechteckiges Prisma, um die Form negativ zu bilden.

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Abbildung 3. Erstellen der Mold in EUR. CAD-Zeichnungen der Form-Master (rechts) und negativen Form (links) für eine intravaginale Sondenvorrichtung dargestellt. Die Negativform wird durch Subtrahieren der Urform Geometrie aus einem rechteckigen Prisma erzeugt und wird schließlich in zwei oder mehr Teile aufgeteilt werden und zu einer Funktionsform.

3. 1. Importieren Sie die Form-Master in der CAD-Datei mit dem rechteckiges Prisma. Ausrichten der Urform, so daß er zentriert und innerhalb des rechteckigen Prismas vollständig umhüllt.
   2. Verwenden Sie die "Kombinieren"-Funktion und wählen Sie die "Subtrahieren" Operationstyp um den Formhohlraum (Abbildung 3) zu schaffen.
   3. Wenn Sie mit einer niedrigen Auflösung 3D-Drucker (die meisten FDM 3D-Drucker), dass die meisten kleinen Funktionen nicht gedruckt, wie sie unter minimalen Strukturgröße der Maschine sind werden. So wies, Ecken und Kanten solltenabgerundet entweder mit "Filet" oder "Fase", da diese Funktionen zu fein für den Drucker zu lösen.
      Hinweis: Wenn Umspritzen gewünscht wird, müssen Teile des Formhohlraums derart, dass die umspritzten Komponente positioniert und innerhalb des Formhohlraums eingeschränkt werden entworfen werden. Dies kann durch die Definition von Teilen der Form, um Ausrichtungsführungen auf die umspritzten Komponente (4) entsprochen werden.

Abbildung 4. Planung von Hilfslinien in der Form. Explosions CAD-Zeichnung der Formbasis, Faseroptik Rohr und Elektrodenkomponenten. Die Faseroptik Rohr und Elektroden müssen exakt positioniert und überformt, um eine intravaginale Sonde herzustellen. Hilfslinien werden in die Formbasis diese Komponenten so konzipiert, dassPlatz bleiben während flüssige Elastomer wird in die Form eingespritzt.

4. Definieren Trennlinien, die die Form in mehrere Stücke geschnitten wird, und Durchgangslöcher für Gewindestangen und Schrauben, um die Formstücke zusammen zu halten (5 und 6). Spezifische Anordnung der Trennlinien und Stangendurchgangslöcher sind abhängig von der relativen Anordnung zueinander innerhalb des Formhohlraums Geometrie.

. Abbildung 5 Mold:. Explosionszeichnung Explosions CAD-Zeichnung des fertigen Formaufbau für die intravaginale Sonde Gerät. Die Geometrie des Formhohlraums gibt nicht nur die äußeren Geometrien der fertigen Sonde intravaginalen Vorrichtung, sondern auch Verankerungs-und Positionierungspunkte für Komponenten, die umspritzt werden. Insbesondere wird die FormBasisgeometrie und die oberen linken und oberen rechten Stücke ausrichten Glasfaser Rohr, und die Formbasis bietet Einsätze für die Ausrichtung der Elektroden auf dem letzten Gerät.

. Abbildung 6 Mold:. Zusammengesetzte Ansicht CAD-Zeichnung des fertigen Formaufbau für die intravaginale Sonde Gerät. Flüssigkeitselastomer wird in das Gate injiziert werden und den Formhohlraum füllen, bevor oben in das Überlaufreservoir fließt. Vents läuft aus dem Formhohlraum in die Überlaufbehälter werden sorgfältig an der Spitze in die Ausrichtung Stücke von der Form ausgelegt.

4. 1. Trennlinien werden in der Regel in einer Weise, die zwei-oder radiale Symmetrie erzeugt gewählt. Sie sollten definiert, um zu vermeiden, überhängenden einander in der Richtung werden sich die Form öffnet, so dass ein vollständig ausgehärteten Elastomeren deumge innerhalb des Hohlraums aus der Form entfernt werden.
      1. Erstellen Sie eine bilaterale Trennlinie durch die Definition eines rechteckigen 2D-Skizze in der rechten Ebene, die von der Basis des topfartige Geometrie an die Spitze der Handgriff der Sonde erstreckt. Die Breite des Rechtecks ​​sollte das Ende-zu-Ende-Breite der Form überschreitet.
      2. Verwenden Sie die "Profilschnitt"-Funktion auf der Skizze und geben Sie einen Schnitt in Richtung der negativen X-Richtung zu einem Teil zu erhalten. Geben Sie einen Schnitt in Richtung der positiven X-Richtung, um den anderen Teil durch die bilateralen Trennlinie gebildet ergeben.
      3. Vorübergehend "unterdrücken", die "Profilschnitt"-Funktion, die gerade erstellt wurde. Merkmale unterdrückt oder nicht unterdrückt zu verstecken oder zeigen ihre Auswirkungen auf die Arbeits CAD-Geometrie werden. Selektive Umschalten aus einer Kombination von "Profilschnitt" oder "gedrehten Cut"-Funktionen wird später verwendet, um jedes einzelne Teil der Form zu isolieren.
      4. Erstellen Sie eine radial symmetric Trennlinie, um die Formstücke in der becherartigen Teil der Formhohlraum durch die Definition einer 2D-Skizze in der rechten Ebene zu isolieren. Eine Seite der Skizze sollte die Y-Achse zu folgen, während die anderen Kanten der Skizze sollte Vergangenheit der Formkanten in der radial-symmetrischen Teil der Form zu verlängern. Diese Skizze muss auch Linien oder Kurven, die durch die inneren Bereiche im radialen Querschnitt des topfförmige Geometrie geschnitten, die zwei oder mehr Regionen in der radialen Querschnitt, wie in Fig. 2C gezeigt.
      5. Verwenden Sie einen "gedrehten Cut"-Funktion auf der Skizze, die Auswahl bestimmte Regionen von der Skizze definiert, um Teile der Form, die nicht in der isolierten Teil erwünscht sind zu entfernen. Nicht ausgewählte Regionen der Skizze wird bleiben, was den gewünschten Teil, nach der gedrehten Schnitt ist abgeschlossen.
         Hinweis: Wenn Überform gewünscht wird, sollte Trennlinien auch dafür sorgen, dass die überformte Bauteil kann leicht in der Form vor, injectio positioniert werdenn und auch von der Form nach dem Aushärten entfernt wird.
   2. Definieren Durchgangslöchern für die Form entweder mit dem "Loch Wizard"-Funktion oder durch die Definition von kreisförmigen 2D-Skizzen in Ebenen senkrecht zur Oberfläche und dann die "Profilschnitt"-Funktion auf diese Skizzen (Bilder 5 und 6). Neues Durchgangslöchern mit einem Standard-Durchgangsloch Größe, die zur Standard-Gewindestange oder Schraubengröße verwendet entspricht.
5. Definieren Sie ein Tor in der Form entweder mit dem "Loch Wizard"-Funktion oder durch die Definition von 2D-Skizzen in Ebenen senkrecht zur Oberfläche und dann die "Profilschnitt"-Funktion auf diese Skizzen (Bilder 5 und 6). Das Gate bietet einen Ansatzpunkt für das Elastomer in die Form eingespritzt werden und sollte in der Regel in Richtung des Bodens des Formhohlraums angeordnet werden.
6. Definieren Sie eine oder mehrere Öffnungen in der mold entweder über die "Bohrungsassistenten"-Funktion oder durch die Definition von 2D-Skizzen in Ebenen senkrecht zur Oberfläche und dann die "Profilschnitt"-Funktion auf diese Skizzen (Bilder 5 und 6). Vents damit überschüssiges Elastomer aus dem Formhohlraum ablassen, sobald es ganz voll, um Druckaufbau zu verhindern. Typischerweise ist der beste Platz für Lüftungs Platzierung ist in der Nähe der Oberseite der Form in einem Gebiet, das in einen leeren Behälter führt zu Überlauf-Elastomer-Pool zu ermöglichen.
7. Sicherzustellen, dass die Wandstärke überall in der Form mindestens 1-1,5 cm, wenn ABS-Kunststoff wird für Formen verwendet. Wände sollte starr genug, dass sie nicht wesentlich verformen oder zusammenfallen, wenn Formteile unter Druckspannungen von Schrauben und Gewindestangen sein.
   Hinweis: Überschüssiges Wanddicke oder nichttragenden Wände falls zur Beschleunigung der 3D-Druck der Formteile entfernt werden. Zusätzlich dünnere Wände und die zusätzlichIon der ausgehöhlten Abschnitte der Gesamtbetrag des verwendeten Materials und die damit verbundenen Kosten des Materials zu reduzieren. Seien Sie sich bewusst, dass einige FDM-Drucker wird diese standardmäßig tun und könnte sich Wände mehr als gewünscht zu schwächen.
8. Für jeden Formteils, die gewünscht wird, zu unterdrücken oder die Unterdrückung aufheben jeweiligen "Profilschnitt" oder "gedrehten Cut"-Funktionen, dass die einzelnen Teil der Form zu isolieren. Sparen jede Formstück als. STL-Datei oder Dateityp mit dem 3D-Drucker verwendet werden kompatibel. Stellen Sie sicher, die gewünschte Netzauflösung gewählt.
9. Laden Sie die. STL-Dateien in den 3D-Drucker. Drucken Sie die Formstücke und warten, bis der Auftrag abgeschlossen ist.
10. Entfernen Sie das Trägermaterial auf den Formstücke nach Druck sie fertig sind.
    Hinweis: 3D-Drucker unterscheiden sich in ihrer Druckauflösung mit FDM-bedruckten Teile allgemein mit schlechter Auflösung als SLA-Teile gedruckt. Oberflächenrauheit kann reduziert werden, entweder durch Schleifen oder nach dem ein Teil wurde gedruckten 3Ddurch Licht chemische Auflösungsbehandlung wie in der Diskussion beschrieben.

2. Mold Assembly

1. Bringen Sie Formteile zusammen, um den Formhohlraum zu bilden, während die Ausrichtung der Durchgangslöchern. Schieber Gewindestangen oder Schrauben in die Durchgangslöcher.
   1. Optional: Wenn Umspritzen, positionieren Sie die Komponenten, die in den Formhohlraum umspritzt werden, während der Montage der Formteile (Abbildung 7). Wenn es Bedenken der umspritzte Komponenten, die innerhalb des Hohlraums während Elastomer Injektion kann eine kleine Menge Silicon-RTV-Klebstoff verwendet werden, um vorübergehend und schwach Sicherung des Bauteils auf der Innenseite des Formhohlraums werden. Warten Sie 15 min für die Silikon-RTV-Klebstoff zu heilen.

Abbildung 7. Ausrichtung der umspritzte Komponenten. A) </ Strong> teilweise zusammengesetzte Form der Darstellung der Ausrichtung von zwei Edelstahlrohren, einem kleinen Leiterplatte und sechs Elektroden in das Formnest. Positionierung Formteile an der Oberseite der Form zusammen mit Einstülpungen in der Formbasis physisch Bewegung aller Komponenten während Elastomer Injektion zu beschränken. B) Zoom Ansicht der Unterseite der Ausrichtung Komponenten in der Nähe der Formbasis.

2. Stellen fest Kompression auf der Form durch Verwendung von Muttern an jedem Ende der Gewindestangen. Eine zweite Mutter an jedem Ende wird dafür sorgen, die Nüsse eingerastet und nicht vorzeitig zu lösen. Bei der Verwendung von Kunststoff-Formen sorgen dafür, dass Muttern fest sitzen, aber nicht zu fest angezogen, um Schimmel Verformung zu verhindern.
3. Optional: Seal Lücken mit Silikon RTV und warten 15 Minuten, um zu heilen. Dies ist nur erforderlich, wenn mit niedrigerer Auflösung Formen, wie sie über FDM hergestellt verwendet werden. Begrenzte Auflösung und schlechte Toleranzen an den Formtrennlinien können unwa erstellennted Lücken. Alternativ können Oberflächenglättung wie in der Diskussion Abschnitt erläutert zur Montage von Trennlinien zu verbessern.
4. Optional: Wenden Formtrenn zum Formhohlraum Entformen zu erleichtern. Doch dieser Wille Mantel das letzte Gerät mit Trenn Chemikalien.
5. Erstellen Sie ein Läufer oder Sprue in die Form Tor führen.
   1. Legen Sie eine Widerhaken-zu-Luer-Lock-Adapter in das Gate des Formhohlraums. Achten Sie darauf, eine enge Passform.
   2. Verbinden Sie diesen Schlauch mit Widerhaken-zu-Frau-Luer-Lock-Adapter an jedem Ende. Die freiliegende weibliche Luer-Lock-Adapter auf dem distalen Ende des Rohrs wird schließlich die Anpassung an ein 50-ml-Spritze mit Luer-Lock-Spitze.

3. Injection Chamber

1. Die Einspritzkammer ist ein modifiziertes off-the-shelf Exsikkator und sollten vor geschaffen werden, da das Mischen von Elastomer Arbeitszeit von zweiteiligen Elastomeren nach dem Mischen ist begrenzt. Fig. 8 zeigt die Verwendung derEinspritzkammer in dem Einspritzprozess.

Abbildung 8. Elastomer-Spritzgussprozess. Trick, die erste zeigt Änderungen an einem Standard-Labor Exsikkator, die Einspritzkammer zu erstellen, und dann stellt die Manipulation von Druck, flüssiges Elastomer aus einer Spritze in eine Form einspritzen. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video zu sehen.

Fig. 9 ist eine schematische, die beschreibt, wie die Exsikkator ändern, um den fertigen Einspritzkammer zu erzeugen.

Abbildung 9. CrEssen der Einspritzkammer. Injection Chamber nach Exsikkator Änderung abgeschlossen ist. Entsprechende Schritte des Verfahrens sind in der Figur markiert.

Siehe Abbildung 10C und 10D für die Einspritzkammer verwendet, um die intravaginale Sonde herzustellen.

1. 1. Bohren Sie zwei Löcher in die obere Abdeckung des Exsikkatordeckel Kammerwand.
   2. In beiden Löcher installieren ein Vakuum bewertet Wanddurchrohrfittings, die das Trockenmittel Deckelwand durchquert und eine Dichtung.
      Hinweis: Verwenden Sie PTFE-Band oder jede andere Art von Rohrdichtmittel an Bauteilen mit Rohrfittings Anschlüsse luftdicht Dichtungen gewährleisten. Verwenden Sie Rohrschellen auf jedem Stacheldrahtrohradapter / Ausrüstung verstärken, um die Luftdichtheit und Rohre Verrutschen zu verhindern.
   3. Installieren eines Vakuumdruckmesser auf der Außenseite des Deckels zum Überwachen der Kammerdruck. Dies wird durch den Anschluss des Vakuum-Messgerät zu einem der Wanddurchrohrverbindungsstücke mit Vakuum bewertet p erreichtipe und Fittings.
   4. Installieren eines Druckluft-Spritzen-Adapter an der Innenseite des Deckels an dem anderen Wanddurch Rohrverschraubung. Dies wird durch die Spritze Adapter an die Wanddurchrohrfittings mit Vakuum bewertet Rohr und Fittings erreicht.
   5. Auf der Außenseite der gleichen Wanddurchrohrverbindung, die die angeschlossenen Druckluft-Spritze Adapter verfügt, schließen Sie ein Vakuumrohrfitting T-Stück bewertet. Auf einem Zweig des T-Rohrfittings, schließen Sie eine Verbindung Vakuum / Druckmesser zur Überwachung spritzen Leitungsdruck. Auf der anderen Zweig, schließen Sie ein Vakuum bewertet Drei-Wege-L-Ventil.
   6. Schließen Sie das eine Zweigstelle des Drei-Wege-L-Ventil, um eine Rohrlänge, die zu einer Überdruckquelle mit Rohr-und Rohrverschraubungen. Lassen Sie den anderen Teil der Drei-Wege-L-Ventil unverbundenen für den Moment.
   7. Die meisten Exsikkatoren haben eine eingebaute Drei-Wege-T-Ventil an der Kammerwand. In Schlauchverbindungs ​​ein Zweig dieses Ventil einT-Stück Rohrverschraubungen. Der andere Zweig des Ventils unverbunden und die Atmosphäre zum Zwecke der Entlüftungskammer Druck ausgesetzt bleibt.
   8. Verbinden eines Zweiges des T-Rohrverbindung zu einer Rohrlänge mit einer Vakuumquelle verbunden. Schließen Sie den anderen Zweig des T-Rohrverschraubungen in die offene Drei-Wege-Ventil L-Zweig von Schritt 3.1.5 mit einer Rohrlänge und Vakuum bewertet Rohr und Fittings.

4. Elastomer Misch

1. Legen Sie die ungefähre Volumen des Elastomers durch die Prüfung des Volumens des Form Master CAD-Datei gewünscht. Erhöhen Sie die Lautstärke um 5% auf für Elastomer-Verlust bei der Übertragung zwischen den Containern in den nächsten Schritten erklären. Berechnen der Menge von Teil A und Teil B des Elastomers auf der Basis einer vom Hersteller vorgeschlagenen Mischungsverhältnis.
2. Legen Sie eine Einweg-Plastikbecher auf einer Waage stellen und tarieren. Gießen Teil A und Teil B des Elastomers in der Wegwerf plastic Tasse. Alle Farbstoffe oder Additive sollten auch bei diesem Schritt hinzugefügt werden.
3. Verschließen Sie die Becheröffnung durch Ziehen einer Plastiktüte über sie und Dicht mit 3-4 Gummibänder.
4. Mix für 2 min mit einem Kreiselmischer eine homogene Vermischung zu gewährleisten. Wenn eine Degas-Einstellung ist verfügbar, mischen Sie eine zusätzliche 1-2 min auf dem Degas-Einstellung. Wenn ein Kreiselmischer verfügbar ist, kann Mischen von Hand verwendet werden, jedoch kann mehr Luft in die Mischung einzuführen.
5. Vorbereitung der Elastomerinjektionsspritze unter Verwendung eines weiblichen Luer-Lock-Kappe den Boden eines 50 ml-Spritze mit Luer-Lock-Spitze abzudichten. Befestigen Sie die Dichtung mit Parafilm und ein Gummiband.
6. Übertragen Sie das Elastomer aus der Plastikbecher in die 50 ml Luer-Lock-Spritze. Wenn Elastomer wird auf die Wände des Kunststoffbechers klammerte, verwenden Sie breiten Strichen Rest Elastomer, das auf die Wände des Kunststoffbechers Festhalten ist zu fegen. Vermeiden viele kleine Striche, um Eindringen von Luft in dem Gemisch zu verringern.
7. Oplen: Entgasen des Elastomers nach der Übertragung in die Spritze in der Kreiselmischer. Dies kann helfen, beschleunigen die in Schritt 3.8 beschrieben Entgasung.
   1. Verschließen Sie die offene Rückseite der 50-ml-Luer-Lock-Spritze mit Parafilm und einem Gummiband.
   2. Mischen Sie mit den Degas-Einstellung für 30 Sekunden, um die Entgasung zu beschleunigen.
      Hinweis: Kreiselmischer kann nicht über eine geeignet zur Aufnahme von 50-ml-Spritzen-Adapter. Dieser Schritt kann erfordern individuelle Gestaltung eines Adapters für die Kreiselmischer, die in CAD-und 3D-Druck durchgeführt werden kann.
   3. Sobald Sie fertig sind, entfernen Sie die Parafilm und Gummiband auf der Rückseite der Spritze.
8. Legen Sie die Spritze mit offener Rückseite in einem Exsikkator entgast und für ca. 30 min oder bis sich Blasen in der Elastomer werden eliminiert. Achten Sie auf die Arbeitszeit des Elastomers verwendet prüfen; niedrigere Viskosität Elastomere wird auch entgast schneller. Dann entfernen Sie die Spritze aus dem Exsikkator. </ Li>
9. Platzieren Spritzenkolben in die Rückseite der Spritze beim Entfernen eingeschlossener Luft.

Abbildung 10. Elastomer-Misch-und Injection. A) Nach der flüssige Elastomer gemischt und entgast wird ein Spritzenkolben in die Spritze eingeführt. Luft zwischen dem Kolben und dem Elastomer wird mit Hilfe einer Spritze und Nadel entfernt wird, wenn der Kolben eingeführt wird. B) Die Spritze mit Elastomer in die Form an dem Gate über Luer-Lock-Kupplungen angebracht. C) der Einspritzkammer ist ein modifizierter Exsikkator, die mindestens 40-50 psi Druck in den Spritzenkolben mit Hilfe einer Vakuum-und Druckluftzufuhr erzeugen kann. D) Form nach dem Einspritzen des Elastomers mit der Einspritzkammer.

9. (Abbildung 10A) gefangen zu lösen.
   1. Voraus die Spritzennadel und Spritzenkolben wie nötig, bis es keine sichtbaren Luftsäule zwischen dem Spritzenkolben und Elastomer. Es ist akzeptabel, wenn geringe Mengen an Elastomer heimlich an der Dichtkante des Kolbens.
   2. Entfernen Sie die Spritzennadel.

5. Elastomer-Injection

1. Entfernen Sie den Luer-Lock-Kappe auf der Spritze mit Elastomer bereit für die Injektion und verbinden Sie den Luer-Lock-Spritze an die Spitze ausgesetzt Luer-Lock-Adapter auf der zusammengesetzten Form (10B).
2. Befestigen Sie die Druckluft-Spritze Adapter auf der Rückseite der 50-ml-Spritze mit männlichen luer-Lock-Spitze.
3. Zeigen sowohl die Form und die angefügte Spritze in die Injektionskammer. An diesem Punkt sollte der Einspritzkammer ähnlich Figur 11 aussehen.

Fig. 11 Elastomer Injektion:.. Beginnend beim Start des flüssigen Kautschukelastomer Einspritzvorgang der Einspritzkammer dargestellt. Beide Seiten des Spritzenkolbens auf Umgebungsdruck ausgesetzt.

4. Legen Sie die Abdeckung auf der Einspritzkammer, sicherzustellen, dass eine luftdichte Abdichtung gebildet wird.
5. Ziehen des gesamten Systems in der Einspritzkammer an eine Vakuum.

Abbildung 12. ElastomerInjektion:. Mittel Abschluss des 3-Wege-Ventil in der Nähe der Unterseite der Einrichtung Dichtungen Einspritzkammer und ermöglicht beiden Seiten des Spritzenkolbens, der einen negativen Druck gezogen werden.

5. 1. Drehen die beiden Dreiwegeventile in der Einspritzkammer, so dass die Vakuumquelle kontinuierlich mit dem Exsikkator Kammer und der Luftsäule hinter dem Spritzenkolben.
   2. Ziehen Sie langsam ein Vakuum bis ca. -14,5 psi erreicht ist (Abbildung 12). Lassen Sie die Vakuum auf, diesen Druck aufrecht zu erhalten. Entfernen von Blasen aus Luft, der sich in dem Formhohlraum zu verhindern und zu reduzieren Hohlräume im Elastomereinrichtung.
6. Push positiven Druck an der Rückseite des Spritzenkolbens.

. Abbildung 13 Elastomer-Injektion:Ende. Drehen des 2-Wegeventil an der Oberseite der Einrichtung ermöglicht die Verwendung von positivem Luftdruck hinter dem Spritzenkolben, Erzeugen mindestens 40-50 psi.

6. 1. Drehen Sie den Drei-Wege-L-Ventil, um die Kontinuität zwischen der Vakuumquelle brechen, während eine Verbindung zwischen der positiven Druckluftversorgung und der Rückseite der Spritzenkolben.
   2. Allmählich Rampe Druck von der Luftversorgung bis mindestens 25-35 psi erreicht ist (Abbildung 13). Höhere Drücke sind möglich, abhängig von der Stärke der Schlauchverbindungen auf der Einspritzkammer Vorrichtung verwendet.
   3. Warten, bis der Spritzenkolben das untere Ende der Spritze erreicht hat oder bis Elastomer aus der Formöffnungen strömt. Diese zeigen Injektion abgeschlossen ist.
7. Bringen Sie die Einspritzkammer wieder auf Atmosphärendruck.
   1. Schalten Sie sowohl die Vakuum-und Druckluftversorgung.
   2. Nach und nach drehendas Dreiwegeventil L zu der luftbetriebenen Spritze Adapter zurück, damit es die Luftzufuhr und für die Vakuumquelle geschlossen ist. Dies sollte alle positiven Druck abzulassen.
   3. Den Dreiwege-T-Ventil, um den Restdruck in der Kammer auf Atmosphärendruck zu entlüften.
8. Entfernen Sie die Form und die Vorbereitungen für Elastomer-Härtung.
   1. Öffnen Sie die Kammer und die Form entfernen.
   2. Nehmen Sie die Druckluft-Spritzenadapter von der Rückseite der Spritze.
   3. Nehmen Sie die Spritze als auch das Rohr mit zwei Widerhaken-zu-Frau-Luer-Lock-Adapter.
   4. Legen einen weiblichen Luer-Lock-Kappe auf der freiliegenden Einsteckende der Widerhaken-zu-Luer-Lock-Adapter, der mit der Formangussöffnung angebracht ist, um Elastomer aus dem Formhohlraum fließt.

6. Elastomer Curing & Entformung

1. Legen Sie die Form in einem temperaturgesteuerten Ofen und Heilung des Elastomers. Wenden Elastomer Herstellerangaben bis determine die Aushärtungszeit und-temperatur. Die Siliconmischung für die intravaginale Sonde nachgewiesen wird bei 70 ° C 5 h gehärtet.
2. Sobald Elastomer ausgehärtet ist, entfernen Sie die Form aus dem Ofen.
3. Entformen die ausgehärteten Elastomereinrichtung.
   1. Muttern und Gewindestangen oder Schrauben entfernen aus der Form.
   2. Optional: Wenn Silicon-RTV-Klebstoff wurde verwendet, um Lücken an den Trennkanten abzudichten, mit einem Skalpell, um sanft in die Silicon-RTV-Klebstoff abgeschnitten, so dass die Trennkanten getrennt werden können.
   3. Verwenden Sie ein Skalpell, um von zusätzlichen Elastomermaterial an der Pforte oder Öffnungen ausgeschnitten, und trennen Sie das Gerät. Verwenden Sie ein Skalpell, um jeden Blitz, der an den Formtrennkanten gebildet haben kann weggeschnitten.
4. Reinigen der Formen mit einer Wisch-und zerstörungsfreien Lösungsmittel, wie Isopropylalkohol.

Representative Results

Die Form und die intravaginale Sonde in den 14 und 15 zeigt repräsentative Ergebnisse der in diesem Artikel vorgestellten Verfahren.

Abbildung 14. Vollständig montierte Mold. Komplett montiert Form für intravaginale Sonde Gerät.

Abbildung 15. Intravaginale Probe Gerät. Schluss intravaginale Sonde Gerät. A) Frontansicht des becherartigen Spitze der Vorrichtung. B) Seitenansicht von dem gleichen Gerät. Die becherartige Struktur besteht aus sechs umspritzten Titanelektroden sowie ein Edelstahlrohr, das als fem wirktale Aufnahme für einen Lichtwellenleiter-Sonde.

Bestimmte Verwendung dieses Gerätes ist in Etemadi et al ^12,13 beschrieben. Die verwendet, um die Sonde zu erstellen intravaginale Form wurde aus ABS430 Material mit einem Dimension 3D-Drucker uPrint Plus-hergestellt. Eine Form für die intravaginale Sonde benötigt ca. 1 Rolle ABS430 Material bei 140 $ pro Rolle preiswert. Es dauerte etwa 1,5 Tage, um alle acht Stücke von der Form zu drucken.

Ein medizinischer Qualität zweiteiligen Platin Heilung Silikon für LIM-Anwendungen (PN40029) entworfen wurde, in dieser Anwendung verwendet wird. Überspritze im Groß Silikon sind benutzerdefinierte Edelstahlrohren, einem modifizierten USB-Kabel, mehrere Drähte und Titan-Elektroden, die an Ort und Stelle während Silikoneinspritzung über sorgfältig entworfen, Ausrichtung und Positionierung Geometrien in der Form gehalten wurden. Eines der Rohre an der Basis des becherartigen Struktur auf der intravaginalen Sonde ausgesetzt und hat eine Glasscheibe auf dem Ende der Röhre zurals Aufnahmebuchse für ein optisches Faserbündel für optische Messungen verwendet. Dies ist die einzige Funktion, die externe aufgenommen wurde, nachdem das Silikon ausgehärtet und entformt wurde mit dem dokumentierten Prozess.

Spezifische Ergebnisse können in Abhängigkeit von der gewünschten Geometrie und ob Umspritzen erforderlich ist oder nicht variieren. Die intravaginale Sonde zeigt, dass die Erstellung von komplexen Geometrien, wie eine dünne Schale-Struktur ist möglich, mit FDM 3D-Drucker, wenn auch einfacher Geometrien würde wahrscheinlich benötigen weniger Formteile, weniger Formstoff, und würden schneller auf 3D-Druck sein. Die Verwendung von höheren Auflösung 3D-Drucktechnologie, wie SLA kann in der Lage, höhere Auflösung, feinere Geometrien und überlegene Oberflächenveredelungen, die die Notwendigkeit, manuell beenden Schimmel beseitigen kann liefern. Mit dem beschriebenen Verfahren kann Umspritzen von vielen verschiedenen Komponenten, solange Formenbau vorsichtig umgesetzt geführt werden.

Discussion

Von allen beschriebenen Schritte ist vorsichtig Formenbau die entscheidend für den Erfolg. Die Form-Master sollte wie ein fester Körper mit Außengeometrien gleich der letzte Gerät erstellt werden. Diese Geometrien angepasst werden sollten, um für jede Materialschwund aufgrund des gewählten Elastomer sowie 3D-Druckerauflösung und Toleranzen zu berücksichtigen. Platzierung der Formteilungslinien und Durchgangslöchern für Gewindestangen und Schrauben sind voneinander abhängig. Hinzufügen von Trennlinien wird die Anzahl von linearen und rotatorischen Freiheitsgrade der Formanordnung. Durchgangslöcher und Gewindestangen und Schrauben handeln, die gleichen Freiheitsgrade einzuschränken. Die Form muß so ausgelegt sein, dass sie zwingt alle linearen und rotatorischen Freiheitsgraden, wenn vollständig zusammengebaut, während die die Entfernung eines ausgehärteten Elastomereinrichtung, wenn die Zwangsgewindestangen und Schrauben entfernt werden. Wenn das gehärtete Elastomer ist relativ elastisch verformbar ist, können Trennlinien definiert werden, wie tHat Hang einander leicht, da die vollständig ausgehärtet Gerät geschoben oder gezogen werden aus der Formteile. Wenn überformt Komponenten gewünscht sind, muss der Formenbau auch Positionierung, die Bewegung der umspritzten Bauteilen in einem vollständig zusammengebauten Form zu beschränken. Formtrennlinien sollten sorgfältig ausgewählt werden, um die Anzahl der Formteile, die notwendig sind, um die gewünschten Elastomereinrichtung erzeugen zu minimieren. Minimierung der Anzahl der Formteile und Trennlinien verringert das Potenzial für Gratbildung und verringert die Anzahl der Durchgangslöcher zum Zusammendrücken der Formteile während der Formanordnung erforderlich. Aus unserer Erfahrung dauert ein ABS-Form rund 20 Anwendungen, bevor das ABS-Kunststoff verschleißt, Risse oder crazes durch Kompressionsspannungen und Erwärmungszyklen.

Sobald Formteile wurden mit FDM 3D-Drucker gedruckt wird, kann mehrere Änderungen der Formteile hergestellt werden. In einigen Fällen kann die Formteile aus FDM 3D-Drucker hergestellt haben UNZUREICHEnt Auflösung perfekt bündig Flächen an den Trennlinien zu erzeugen, was zu einer kleinen Lücke, die auf Flash-Bildung sowie Austritt von Flüssigkeit Elastomer führen kann. Wenn dies auftritt, kann die Verwendung einer dünnen Schicht aus RTV-Silikon an den Trennlinien eines zusammengesetzten Form Leckage des flüssigen Elastomers durch die Formtrennlinien zu verhindern. Alternativ können Oberflächenglättung entweder durch Zugabe von zusätzlichem Material zu Formteilen (Überdimensionierung sie) und Schleif bis zur endgültigen Abmessungen oder durch die Behandlung der ABS mit Aceton, die nach und nach löst sich die Kunststoff erreicht werden. Diese Methoden können sorgfältig, um die Feinabstimmung Formgeometrien an den Trennkanten zur Gratbildung zu reduzieren. Allerdings muss man vorsichtig sein, wenn Auflösen Formflächen, denn damit wird chemisch reduzieren die Stärke aus Kunststoff, wodurch es einfacher für Rissbildung und Rissbildung. Dies kann die Lebensdauer der Form zu verringern und auch auf die Konsistenz des Oberflächengeometrien zwischen Formen. Ferner ist es schwierig, die Steuerung uniformity von Schimmel Auflösung, die leichte Variationen in Formgeometrie verursachen können. Dies kann zu einem Problem werden, wenn mehrere Sätze von Formen werden verwendet, um Geräte zu fertigen. Um dieses Problem zu umgehen, können höhere Auflösung 3D-Drucktechniken für die Formherstellung verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines höher auflösenden Form oder Aceton behandelte Form ist der Mehr Leichtigkeit der Trennung der Elastomereinrichtung aus dem ABS-Kunststoffverarbeiter bei der Entformung. Alternativ können Formtrenn zur Beschichtung der Formhohlraum zur Entformung zu unterstützen. Doch für die intravaginale Sonde in diesem Verfahren nachgewiesen, Formtrenn wurde speziell wegen der möglichen Gefahr der Einschleppung von Formtrenn Chemikalien in die Scheide vermieden. Es sollte auch darauf geachtet werden, dass die ausgewählten Formmaterial nicht Härtung des Elastomers zu verhindern.

Eine Herausforderung beim Umspritzen Komponenten Silikonelastomer, wie die für die intravaginale Sonde verwendet wird, ist die anhaftende Silikon und Metallnotorisch schwierig. Eine Voraussetzung für die intravaginale Sonde war damit kleine Lücken an den Grenzflächen auftreten, wenn die Silikon elastisch verformt wird. Dies spiegelt den Wunsch, das topfartige Struktur auf der intravaginale Sonde erlauben, sich zu biegen und strecken wie eine Manschette um den Muttermund und gewährleistet zugleich Wasserdichtheit zwischen Metall-und Silikonteile des Gerätes. Wasserdichtheit war aufgrund Menschenversuch Richtlinien für die Reinigung und Sterilisierung der Vorrichtung Wasserstoffperoxidplasma. Diese Anforderung wurde nach dem Entformen die Geräte durch vorsichtiges Anlegen einer medizinischem Silikon, um Metallhaftprimer mit der Verbindung zwischen dem Silikon Vorrichtungskörper und Metallkomponenten und dann die Anwendung Aushärtung bei Raumtemperatur (RTV) Silikon auf die Metall-Elastomer-Übergänge erreicht. Eine zusätzliche eingesetzt werden, um die Haftung zwischen Metall und Silikon verbessern Methode war, alle eingebetteten Metallkomponenten mit kreisförmigen Flossen zu entwerfen. Beim Einspritzen, Raum zwischen den Rippen ist fimit flüssigem Silikon, die dann während der Aushärtung verfestigt lled. Dieses Design-Merkmal ermöglicht Belastungen aus der Silikonkörper Metallteile übertragen werden, während die Verringerung der Tendenz zur Spaltbildung zwischen Metall und Silikon.

Zwar gibt es viele Vorteile, die mit der Verwendung von ABS-Basis FDM 3D-Drucker, nämlich schnelle Druckgeschwindigkeiten, niedrige Kosten und Fülle von Lohndruck Dienstleistungen, die die Technologie-diese Vorteile müssen sorgfältig in Bezug auf die Trade-offs als gewogen verwenden verbunden hergestellt. ABS-basierte 3D-Drucker ermöglicht eine schnelle Prototyping und iterativen Entwicklungsansatz, während ABS selbst ist für viele Formen von Elastomeren, weil es in der Regel chemisch inert ^14,15. Hat ABS-Kunststoff jedoch eine Wärmestandfestigkeit von etwa 90-100 ° C, die die maximale Arbeitstemperatur auf ca. 70 ° C ¹⁶ begrenzt. Dies bedeutet, dass höhere Härtungstemperaturen können nicht mit ABS Formen erreicht werden. Asa Ergebnis wird die Aushärtungszeit des Elastomers für die intravaginale Sonde verwendet wurde 3 min bei 175 ° C 5 h auf 70 ° C erhöht Wenn höhere Heilungs Temperaturen gewünscht sind, sollten Sie einen anderen FDM-Materialien wie Polycarbonat kann. Verwendung von SLA-basierten 3D-Druck ermöglicht die feinste Form Auflösung möglich und bietet eine große Auswahl an Kunststoffmaterialien. Es wird jedoch weiterhin Fortschritt in der FDM-Technologie schließt die Auflösung Lücke zwischen den beiden Techniken. Während die FDM-basierte Formen der Schaffung der intravaginale Sonde verwendet hatte eine Schichtauflösung von 254 um, können neuere Maschinen FDM 100 um Auflösungen und unten zu erreichen. SLA-basierte 3D-Druck ist in der Regel teurer und zeitintensiver als FDM-basierte 3D-Druck, und viel weniger Anlagen besitzen in-house SLA Ausrüstung. Diese Faktoren machen FDM 3D-Drucker besser geeignet für kostengünstige schnelle iterative Entwicklung. In der Tat, SLA wird allgemein für das Prototyping und Kleinserienläufe von Polyurethan-Geräte verwendetDrucken eines Form Master und Gießen einer Silikonform um den Formmeister, um die Form für Polyurethan-Spritz erstellen. Der Vorteil der Verwendung von Silikon als Formmaterial ist, daß es ein duroplastisches Polymer und nicht bei höheren Härtungstemperaturen schmelzen. Jedoch ist es schwierig oder unmöglich, die Silikonform in viele Stücke aufzuteilen, um komplexe Formen wie die intravaginale Sondenvorrichtung zu erzeugen; außerdem kann Ausrichtungen für Umspritzen ähnlich schwierig sein. Das Ergebnis ist, dass mit diesem Verfahren hergestellten Silikon-Formen sind in der Regel zweiteilige Formen und erfordern traditionelle LIM Geräte zum Einspritzen von Polymer in den Formhohlraum. Während also diese Methode nicht so teuer wie herkömmliche LIM Injektion, sind die Gesamtkosten für Prototypen mit diesen Verfahren noch ziemlich teuer und zeitaufwendiger als das beschriebene Protokoll für die Verwendung von FDM 3D-Drucker und einem modifizierten Exsikkator Elastomer Injektion. Weitere Vorteile der vorgeschlagenen Methoden umfassen die Fähigkeit, directly Druckformstücke, ohne vorher eine physische Form Meister, sowie die Tatsache, dass diese Technik erfordert keine Investitionen in teure SLA oder LIM Ausrüstung.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht Rapid Prototyping von Elastomer-Geräte mit komplexen Geometrien und Anforderungen, die ein Markenzeichen von Bereichen wie medizinische Geräte ist. Das Fehlen von Standard-oder dokumentierte Methoden, um schnell zu durchlaufen Elastomer-Geräte hat dazu beigetragen, langsam und kostspielig Entwicklung von Medizinprodukten. Die inhärente Flexibilität der in dieser Handschrift beschriebene Verfahren ermöglicht es für fast jede Geometrie gebaut werden Umspritzen Anforderung erfüllt werden. Es kann schnell und kostengünstig Prototypen frühen Iteration Gerät in der Medizintechnik Entwicklungsprozess eingesetzt werden. Dies ist besonders nützlich in Umgebungen mit begrenzten Ressourcen wie wissenschaftliche Laboratorien oder Start-up-Umgebungen, in denen 3D-Drucker sind immer häufiger aber LIM Ausrüstung ist selten. In diesem pr Zusätzlich produziert CAD-Modelleocess sind, um zukünftige Herstellungsprozesse übertragbar und können verwendet werden, um die Produktion der traditionellen Metallformen für LIM verwendet erleichtern. Während diese Technik für medizinische Geräteentwicklung mit der intravaginalen Sondeneinrichtung gezeigt, kann das Protokoll leicht für andere Bereiche und Anwendungen, in denen Low-Cost-, Low-Volume und schnelle iterative Entwicklung der Elastomer-basierten Geräten gewünscht angepasst werden.

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)