Anwendungen von Carbon DLS in der medizinischen Industrie

Die technologischen Anforderungen der Medizinbranche treiben die Entwicklung der Medizintechnik und moderner Fertigungsmöglichkeiten kontinuierlich voran. Immer mehr fortschrittliche Technologien werden eingesetzt, um lebensverändernde Designs in verbraucherfertige Produkte zu verwandeln. Eine dieser Technologien ist die Carbon Digital Light Synthesis (DLS), eine 3D-Drucktechnologie, die die Herstellung von Teilen aus technischen Elastomeren ermöglicht, die konkurrierende Materialien im Bereich der Stereolithographie (SLA) oder der digitalen Lichtverarbeitung (DLP) bei weitem übertreffen. In diesem Artikel werden die Vorteile des Wechsels zum Carbon-3D-Druck in der medizinischen Industrie erläutert.

Was ist Carbon DLS?

Carbon DLS nutzt das CLIP-Verfahren, das für Continuous Liquid Interface Production steht. CLIP besteht aus 2 Schritten, wie unten beschrieben:

Schritt 1 – Drucken

Der Carbon-DLS-Druck ähnelt dem SLA-Druck, da beide die Verwendung eines Harzreservoirs und eines Lichtprojektionssystems zur Herstellung fester Teile beinhalten. Hier enden jedoch die Ähnlichkeiten zwischen ihnen. Bei Carbon DLS wird ein durchlässiges Sieb verwendet, das Sauerstoffmoleküle durchlässt, aber das flüssige Polymer in der Wanne hält. Der Sauerstoff bildet eine mikroskopisch kleine Grenzschicht zwischen dem Sieb und der Flüssigkeitsgrenzfläche, die als Totzone bekannt ist. Diese Sauerstoffschicht verhindert, dass das Harz direkt auf Siebebene aushärtet, wodurch es kontinuierlich in die Totzone fließen kann und die isotropen Eigenschaften entstehen lässt, für die mit Carbon DLS-Technologie gedruckte Teile bekannt sind.

Schritt 2 – Aushärten

Wenn der Umformprozess abgeschlossen ist und sie aus der Maschine geholt werden, sind Teile aus bestimmten fortschrittlichen Materialien noch nicht vollständig ausgehärtet. Solche Teile müssen noch in einem Ofen thermisch ausgehärtet werden, bevor sie ihre vollen mechanischen Eigenschaften erlangen. Die Hitze beschleunigt die Vernetzung der Polymerketten, was zu extrem belastbaren und zähen Teilen führt.

Kohlenstoff-DLS-Materialien

Um die Vorteile des Carbon-DLS-3D-Drucks in der medizinischen Industrie voll zu würdigen, müssen wir zunächst den Unterschied zwischen Anisotropie und Isotropie klären.

Anisotropie

Die mechanischen Eigenschaften anisotroper Teile/Materialien variieren, wenn sie in verschiedenen Ebenen gemessen werden. 3D-gedruckte Teile sind aufgrund ihres schichtweisen Aufbaus typischerweise anisotroper Natur. Ein Beispiel ist ein FDM-gedrucktes Teil, das durch Stapeln von Schichten in der Z-Achse aufgebaut wird. Die Grenzflächen zwischen aufeinanderfolgenden Schichten sind Schwachstellen, an denen sich wahrscheinlich Risse entwickeln und letztendlich Fehler auftreten, wenn das Teil in der z-Achse belastet wird. Auf der x- und y-Achse hingegen fehlen diese Schwachstellen und die Belastung auf diesen Achsen bereitet keine Probleme.

Daher ist das Teil in seiner z-Achse im Vergleich zu seiner x- und y-Achse mechanisch schwächer. Anisotropie ist keine geeignete Eigenschaft für Teile, die für die medizinische Industrie entwickelt wurden, da diese Teile üblicherweise in komplexen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Belastungen in alle Richtungen erfolgen können.

Isotropie

Isotrope Teile/Materialien haben im Gegensatz zu ihren anisotropen Gegenstücken die gleichen Eigenschaften, wenn sie in alle Richtungen gemessen werden. Ihre Eigenschaften sind gleich, unabhängig davon, in welche Richtung die Last aufgebracht und die Eigenschaften gemessen werden. Dieses Material-/Teilverhalten ist kritisch bei Produkten, die einer komplexen multidirektionalen Belastung ausgesetzt sind. Nicht viele 3D-Druckverfahren sind in der Lage, isotrope Teile herzustellen. Die einzigartige Technologie hinter Carbon DLS macht es zu einem der wenigen 3D-Druckverfahren, mit denen isotrope Teile hergestellt werden können.

Welche Materialien sind verfügbar?

Carbon DLS ist ein einzigartiges Verfahren, da es elastomere Materialien mit gummiartiger Festigkeit und Elastizität drucken kann. Einige sind unten aufgeführt.

• Urethanmethacrylat (UMA 90) – Dieses Material ähnelt dem Standard-SLA-Harz, da es keine thermische Aushärtung nach dem Drucken erfordert.

• Hartes Polyurethan (RPU 70) – Aufgrund seiner Zähigkeit, Festigkeit und Hitzebeständigkeit eignet sich dieses Material hervorragend für Produktionsteile.

• Flexibles Polyurethan (FPU 50) – Dieses Material ist eine flexible Variante der Polyurethan-Harzpalette. Es bietet zusätzliche Ermüdungsbeständigkeit und Zähigkeit.

• Cyanatester (DLS CE 221) – Dies ist ein starres Polymer mit hervorragender Beständigkeit gegen hohe Temperaturen. Es hat auch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit.

• Epoxidharz (DLS EPX 82) – Dieses starre Epoxid hat hervorragende mechanische Eigenschaften und eignet sich hervorragend zum Drucken von Strukturbauteilen.

• Silikon (SIL 30) – Eine Eigenschaft, die dieses weiche Silikonurethan in der medizinischen Industrie sehr begehrt macht, ist seine Biokompatibilität. Es hat auch eine gute Reißfestigkeit.

• Elastomeres Polyurethan (EPU 40) – Dieses Material eignet sich gut für Stoßdämpfungs- und Vibrationsdämpfungsanwendungen.

Die oben genannten Materialien bieten ein breites Spektrum an Zugfestigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Abriebfestigkeit und vielen anderen wünschenswerten Eigenschaften. Was auch immer die Anwendung ist, eine oder mehrere von ihnen werden geeignet sein. Jede dieser Eigenschaften ist für medizinische Anwendungen wünschenswert, bei denen Teile normalerweise hohen zyklischen Belastungen ausgesetzt sind oder eine hohe Genauigkeit aufweisen müssen, wenn sie für Operationsvorbereitungen oder als Testführungen verwendet werden.

Anwendungen des Carbon-DLS-3D-Drucks in der medizinischen Industrie

Anwendung Nr. 1 – Anleitungen/Tools

Carbon DLS kann Teile drucken, die Chirurgen dabei helfen, Bohrer und andere chirurgische Instrumente genau zu positionieren. Die hohe Geschwindigkeit und die geringen Kosten dieses Druckverfahrens ermöglichen es, individuelle Patientenleitfäden auf der Grundlage von MRTs oder 3D-Scans zu drucken. Auf diese Weise wird jedes Teil genau auf den Körperbau des Patienten zugeschnitten, wodurch die chirurgische Genauigkeit verbessert und das Risiko reduziert wird.

Antrag Nr. 2 – OP-Vorbereitung

Zur Vorbereitung auf komplexe Operationen analysieren Chirurgen häufig Patientendaten wie MRT- oder CT-Scans. Der moderne Carbon-3D-Druck hat es Chirurgen ermöglicht, einen Patienten vor der Operation viel besser zu untersuchen, indem sie auf der Grundlage dieser Scans maßstabsgetreue Darstellungen der Organe eines Patienten drucken.

Anwendung Nr. 3 – Prothetik

Die Herstellung von kundenspezifischen und generischen Prothesen ist eine der allgegenwärtigsten Anwendungen des Carbon-3D-Drucks in der medizinischen Industrie. Maßgeschneiderte Prothesen waren in der Regel recht teuer in der Herstellung mit traditionellen Herstellungsmethoden. Andererseits sind FDM und andere schichtbasierte Drucktechnologien nicht in der Lage, mechanisch einwandfreie Teile herzustellen. Mit der Carbon DLS-Drucktechnologie können Prothesen jedoch jetzt kostengünstig aus hochwertigen Materialien in technischer Qualität hergestellt werden, die die richtigen Eigenschaften besitzen, um ihre Leistung zu steigern.

Anwendung Nr. 4 – Hörgeräte

Hörgeräte sind eine weitere Medizintechnik, die enorm von der Flexibilität von Carbon DLS profitiert. Hörgeräte müssen sich perfekt an die Form des Gehörgangs eines Patienten anpassen, um richtig zu funktionieren. Carbon DLS ist in der Lage, hochpräzise Abdrücke zu erstellen, die in das Ohr des Patienten passen. Auch Hörgeräte und andere Gehörschutzgeräte können aus angenehm weicheren Elastomeren hergestellt werden, die nur mit der Carbon-DLS-Technologie gedruckt werden können.

Anwendung Nr. 5 – Prototyping

Die Medizintechnik ist auf strenge Forschungs- und Entwicklungszyklen angewiesen, um ein Produkt zu entwickeln. Es müssen mehrere Prototypen erstellt werden, um die Passform, Form und Funktionalität eines Designs gründlich zu testen. Mit Carbon DLS können Sie mit günstigeren geeigneten Materialien schnell funktionsfähige Prototypen herstellen. Derselbe Prozess kann dann zur Herstellung von Endprodukten verwendet werden.

Lesen Sie mehr über die Verwendung von Carbon DSL 3D-gedruckten Teilen in der medizinischen Industrie.

Fazit

Da die medizinische Industrie weiterhin fortschrittliche Innovationen hervorbringt, sind ebenso fortschrittliche Produktionsanlagen erforderlich, um diese Innovationen schnell und kostengünstig auf den Markt zu bringen, ohne Kompromisse bei Qualität und Funktionalität einzugehen. Um mehr darüber zu erfahren, wie Sie den Carbon-DLS-3D-Druck in der medizinischen Industrie nutzen können, nutzen Sie das Sofortangebotstool von Xometry, um genaue Kostenschätzungen für Ihr medizinisches Gerät zu erhalten.