Toepassingen van Carbon DLS in de medische industrie

De technologische eisen van de medische industrie voeden voortdurend de ontwikkeling van medische techniek en moderne productiemogelijkheden. Er worden steeds meer geavanceerde technologieën gebruikt om levensveranderende ontwerpen om te zetten in consumentenklare producten. Een van deze technologieën is Carbon Digital Light Synthesis (DLS), een 3D-printtechnologie die de productie mogelijk maakt van onderdelen gemaakt van technische elastomeren die aanzienlijk beter presteren dan concurrerende materialen op het gebied van stereolithografie (SLA) of digitale lichtverwerking (DLP). In dit artikel worden de voordelen uitgelegd van het overschakelen op 3D-printen met koolstof in de medische industrie.

Wat is Carbon DLS?

Carbon DLS maakt gebruik van het CLIP-proces, wat staat voor Continuous Liquid Interface Production. CLIP bestaat uit 2 stappen zoals hieronder beschreven:

Stap 1 – Afdrukken

Carbon DLS-printen is vergelijkbaar met SLA-printen, omdat bij beide het gebruik van een harsreservoir en een lichtprojectiesysteem om solide onderdelen te produceren. Dit is echter waar de overeenkomsten tussen hen eindigen. In Carbon DLS wordt een permeabel scherm gebruikt dat zuurstofmoleculen doorlaat maar het vloeibare polymeer in het vat houdt. De zuurstof vormt een microscopisch kleine grenslaag tussen het scherm en het vloeistofgrensvlak, bekend als de dode zone. Deze zuurstoflaag voorkomt dat de hars direct op het schermniveau uithardt, waardoor het continu in de dode zone kan stromen en de isotrope eigenschappen ontstaan ​​waar onderdelen die zijn geprint met Carbon DLS-technologie bekend om staan.

Stap 2 – Uitharden

Wanneer het vormingsproces is voltooid en ze uit de machine worden gehaald, zijn onderdelen gemaakt van bepaalde geavanceerde materialen niet volledig uitgehard. Dergelijke onderdelen moeten nog een thermische uitharding ondergaan in een oven voordat ze hun volledige mechanische eigenschappen kunnen verkrijgen. De hitte versnelt de verknoping van de polymeerketens, wat resulteert in extreem veerkrachtige en taaie onderdelen.

Carbon DLS-materialen

Om de voordelen van Carbon DLS 3D-printen in de medische industrie volledig te waarderen, moeten we eerst het verschil tussen anisotropie en isotropie verduidelijken.

Anisotropie

De mechanische eigenschappen van anisotrope onderdelen/materialen variëren wanneer gemeten in verschillende vlakken. 3D-geprinte onderdelen zijn doorgaans anisotroop van aard vanwege hun laag voor laag opbouw. Een voorbeeld is een FDM-geprint onderdeel dat is opgebouwd door lagen in de z-as te stapelen. De interfaces tussen opeenvolgende lagen zijn zwakke punten waar zich scheuren kunnen ontwikkelen en er uiteindelijk storingen kunnen optreden als het onderdeel in de z-as wordt belast. Op de x- en y-assen daarentegen zijn deze zwakke punten afwezig en levert het laden op deze assen geen problemen op.

Daarom is het onderdeel mechanisch zwakker in zijn z-as, vergeleken met zijn x- en y-assen. Anisotropie is geen geschikte eigenschap voor onderdelen die zijn ontworpen voor de medische industrie, omdat deze onderdelen vaak worden gebruikt in complexe toepassingen waarin belasting in elke richting kan plaatsvinden.

Isotropie

Isotrope onderdelen/materialen hebben, in tegenstelling tot hun anisotrope tegenhangers, dezelfde eigenschappen wanneer ze in alle richtingen worden gemeten. Hun eigenschappen zijn hetzelfde, ongeacht in welke richting de belasting wordt uitgeoefend en de gemeten eigenschappen. Dit materiaal/onderdeelgedrag is van cruciaal belang bij producten die een complexe multidirectionele belasting ondergaan. Niet veel 3D-printprocessen zijn in staat om isotrope onderdelen te maken. De unieke technologie achter Carbon DLS maakt het een van de weinige 3D-printprocessen die isotrope onderdelen kan produceren.

Welke materialen zijn beschikbaar?

Carbon DLS is een uniek proces omdat het elastomere materialen kan printen met rubberachtige sterkte en veerkracht. Sommige worden hieronder vermeld.

• Urethaanmethacrylaat (UMA 90) – Dit materiaal is vergelijkbaar met standaard SLA-hars omdat het geen thermische uitharding na het printen vereist.

• Stijf polyurethaan (RPU 70) – Door zijn taaiheid, sterkte en hittebestendigheid is dit materiaal uitstekend geschikt voor productieonderdelen.

• Flexibel polyurethaan (FPU 50) – Dit materiaal is een flexibele variant van het polyurethaanassortiment harsen. Het biedt extra weerstand tegen vermoeiing en taaiheid.

• Cyanaatester (DLS CE 221) – Dit is een stijf polymeer met een uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen. Het heeft ook een hoge sterkte en stijfheid.

• Epoxy (DLS EPX 82) – Deze stijve epoxy heeft uitstekende mechanische eigenschappen en is geweldig voor het printen van structurele componenten.

• Siliconen (SIL 30) - Een eigenschap die dit zachte siliconenurethaan zeer gewild maakt in de medische industrie, is de biocompatibiliteit. Het heeft ook een goede scheurweerstand.

• Elastomeer polyurethaan (EPU 40) – Dit materiaal dient goed voor schokabsorptie en trillingsdempende toepassingen.

De bovenstaande materialen bieden een breed scala aan treksterkte, taaiheid, weerstand tegen vermoeiing, slijtvastheid en vele andere gewenste eigenschappen. Wat de toepassing ook is, een of meer ervan zijn geschikt. Elk van deze eigenschappen is wenselijk voor medische toepassingen waar onderdelen gewoonlijk een hoge mate van cyclische belasting ondergaan of een hoge nauwkeurigheid moeten bieden wanneer ze worden gebruikt voor operatievoorbereidingen of als testgidsen.

Toepassingen van Carbon DLS 3D-printen in de medische industrie

Toepassing #1 – Gidsen/Tools

Carbon DLS kan onderdelen printen die chirurgen helpen bij het nauwkeurig positioneren van boren en andere chirurgische instrumenten. Door de hoge snelheid en lage kosten van deze printmethode kunnen op maat gemaakte handleidingen van patiënten worden geprint op basis van MRI's of worden 3D-scans gemaakt. Op deze manier wordt elk onderdeel op maat gemaakt voor de exacte lichaamsbouw van de patiënt, waardoor de chirurgische nauwkeurigheid wordt verbeterd en het risico wordt verminderd.

Toepassing #2 – Chirurgische voorbereiding

Om zich voor te bereiden op complexe operaties, analyseren chirurgen vaak patiëntgegevens zoals MRI- of CT-scans. Dankzij het moderne 3D-printen van koolstof kunnen chirurgen een patiënt veel beter bestuderen vóór de operatie door op basis van die scans volledige representaties van de organen van een patiënt af te drukken.

Toepassing #3 – Prothetiek

Het maken van zowel op maat gemaakte als generieke protheses is een van de meest alomtegenwoordige toepassingen van carbon 3D-printen in de medische industrie. Op maat gemaakte protheses waren meestal vrij duur om te maken met behulp van traditionele productiemethoden. Aan de andere kant zijn FDM en andere op lagen gebaseerde printtechnologieën niet in staat om mechanisch verantwoorde onderdelen te produceren. Met de Carbon DLS-printtechnologie kunnen protheses nu echter goedkoop worden geproduceerd uit hoogwaardige materialen van technische kwaliteit die over de juiste eigenschappen beschikken om hun prestaties te verbeteren.

Toepassing #4 – Hoortoestellen

Hoortoestellen zijn een andere medische technologie die enorm profiteert van de flexibiliteit van Carbon DLS. Hoortoestellen moeten perfect passen bij de vorm van de gehoorgang van een patiënt om goed te kunnen werken. Carbon DLS is in staat om zeer nauwkeurige afdrukken te produceren die in het oor van de patiënt passen. Ook hoortoestellen en andere gehoorbeschermingsgadgets kunnen worden gemaakt van comfortabele zachtere elastomeren die alleen kunnen worden bedrukt met carbon DLS-technologie.

Toepassing #5 – Prototyping

Medische techniek is afhankelijk van rigoureuze onderzoeks- en ontwikkelingscycli om een ​​product te ontwikkelen. Er moeten meerdere prototypes worden gemaakt om de pasvorm, vorm en functionaliteit van een ontwerp grondig te testen. Met Carbon DLS kunt u goedkopere geschikte materialen gebruiken om snel functionele prototypes te maken. Hetzelfde proces kan vervolgens worden gebruikt om eindproducten te maken.

Lees meer over het gebruik van Carbon DSL 3D Printed onderdelen in de medische industrie.

Conclusie

Aangezien de medische industrie geavanceerde innovaties blijft genereren, is even geavanceerde productieapparatuur nodig om deze innovaties snel en goedkoop op de markt te brengen zonder concessies te doen aan kwaliteit en functionaliteit. Als u meer wilt weten over het gebruik van koolstof DLS 3D-printen in de medische industrie, kunt u gebruik maken van de directe offertetool van Xometry om nauwkeurige kostenramingen voor uw medische apparaat te krijgen.