Aplicações de carbono DLS na indústria médica

As demandas de tecnologia da indústria médica alimentam continuamente o desenvolvimento da engenharia médica e as capacidades de fabricação modernas. Tecnologias cada vez mais avançadas são empregadas para transformar projetos de mudança de vida em produtos prontos para o consumidor. Uma dessas tecnologias é a Carbon Digital Light Synthesis (DLS), uma tecnologia de impressão 3D que permite a produção de peças feitas de elastômeros de engenharia que superam amplamente os materiais concorrentes em estereolitografia (SLA) ou esfera de processamento digital de luz (DLP). Este artigo explicará os benefícios de mudar para a impressão 3D de carbono na indústria médica.

O que é Carbon DLS?

O Carbon DLS utiliza o processo CLIP, que significa Produção Contínua de Interface Líquida. O CLIP consiste em 2 etapas, conforme descrito abaixo:

Etapa 1 – Impressão

A impressão de carbono DLS é semelhante à impressão SLA, pois ambas envolvem o uso de um reservatório de resina e um sistema de projeção de luz para produzir peças sólidas. Isto, no entanto, é onde as semelhanças entre eles terminam. No Carbon DLS, é usada uma tela permeável que permite a passagem de moléculas de oxigênio, mas mantém o polímero líquido na cuba. O oxigênio forma uma camada limite microscópica entre a tela e a interface líquida conhecida como zona morta. Essa camada de oxigênio impede que a resina cure diretamente no nível da tela, permitindo que ela flua continuamente para a zona morta e dando origem às propriedades isotrópicas pelas quais as peças impressas com a tecnologia Carbon DLS são conhecidas.

Etapa 2 – Cura

Quando o processo de conformação é concluído e eles são retirados da máquina, as peças feitas de certos materiais avançados não são totalmente curadas. Essas peças precisam passar por uma cura térmica adicional em um forno antes que possam adquirir suas propriedades mecânicas completas. O calor acelera a reticulação das cadeias de polímeros, resultando em peças extremamente resistentes e resistentes.

Materiais de Carbono DLS

Para apreciar plenamente os benefícios fornecidos pela impressão 3D Carbon DLS na indústria médica, precisamos primeiro esclarecer a diferença entre anisotropia e isotropia.

Anisotropia

As propriedades mecânicas de peças/materiais anisotrópicos variam quando medidas em diferentes planos. As peças impressas em 3D são tipicamente de natureza anisotrópica devido à sua construção camada por camada. Um exemplo é uma peça impressa em FDM que é construída empilhando camadas no eixo z. As interfaces entre camadas consecutivas são pontos fracos onde as rachaduras provavelmente se desenvolverão e as falhas ocorrerão se a peça for carregada no eixo z. Nos eixos x e y, por outro lado, esses pontos fracos estão ausentes e o carregamento nesses eixos não resulta em problemas.

Portanto, a peça é mecanicamente mais fraca em seu eixo z, em comparação com seus eixos x e y. A anisotropia não é uma propriedade adequada para peças projetadas para a indústria médica, pois essas peças são comumente empregadas em aplicações complexas nas quais o carregamento pode ocorrer em qualquer direção.

Isotropia

As peças/materiais isotrópicos, ao contrário de suas contrapartes anisotrópicas, têm as mesmas propriedades quando medidos em todas as direções. Suas propriedades são as mesmas, independentemente da direção em que a carga é aplicada e das propriedades medidas. Esse comportamento de material/peça é crítico em produtos que recebem carregamento multidirecional complexo. Poucos processos de impressão 3D são capazes de criar peças isotrópicas. A tecnologia exclusiva por trás do Carbon DLS o torna um dos poucos processos de impressão 3D que podem produzir peças isotrópicas.

Quais materiais estão disponíveis?

O Carbon DLS é um processo único, pois pode imprimir materiais elastoméricos com resistência e resiliência semelhantes à borracha. Alguns estão listados abaixo.

• Metacrilato de uretano (UMA 90) – Este material é semelhante à resina SLA padrão, pois não requer cura térmica pós-impressão.

• Poliuretano rígido (RPU 70) – Devido à sua tenacidade, resistência e resistência ao calor, este material é excelente para peças de produção.

• Poliuretano flexível (FPU 50) – Este material é uma variante flexível da gama de resinas de poliuretano. Ele fornece resistência à fadiga e tenacidade adicionais.

• Éster de cianato (DLS CE 221) – Este é um polímero rígido com excelente resistência a altas temperaturas. Também possui alta resistência e rigidez.

• Epóxi (DLS EPX 82) – Este epóxi rígido possui excelentes propriedades mecânicas e é ótimo para imprimir componentes estruturais.

• Silicone (SIL 30) – Uma propriedade que torna este uretano de silicone macio muito procurado na indústria médica é sua biocompatibilidade. Também tem boa resistência ao rasgo.

• Poliuretano Elastomérico (EPU 40) – Este material serve bem para aplicações de absorção de impacto e amortecimento de vibrações.

Os materiais acima fornecem uma ampla faixa de resistência à tração, tenacidade, resistência à fadiga, resistência à abrasão e muitas outras propriedades desejáveis. Qualquer que seja a aplicação, um ou mais deles serão adequados. Cada uma dessas propriedades é desejável para aplicações médicas onde as peças geralmente passam por altos níveis de carga cíclica ou são necessárias para fornecer alta precisão quando empregadas para preparações cirúrgicas ou como guias de teste.

Aplicações da impressão 3D de carbono DLS na indústria médica

Aplicativo nº 1 – Guias/Ferramentas

O Carbon DLS pode imprimir peças que ajudam os cirurgiões a posicionar com precisão as brocas e outros instrumentos cirúrgicos. A alta velocidade e o baixo custo desse método de impressão permitem que guias personalizados de pacientes sejam impressos com base em ressonâncias magnéticas ou varreduras 3D. Dessa forma, cada peça é feita sob medida para o físico exato do paciente, melhorando a precisão cirúrgica e reduzindo o risco.

Aplicação nº 2 – Preparação cirúrgica

Para se preparar para cirurgias complexas, os cirurgiões geralmente analisam os dados do paciente, como ressonâncias magnéticas ou tomografias computadorizadas. A impressão 3D de carbono moderna permitiu que os cirurgiões estudassem um paciente muito melhor antes da cirurgia, imprimindo representações em escala real dos órgãos de um paciente com base nessas varreduras.

Aplicação nº 3 – Próteses

A criação de próteses personalizadas e genéricas é uma das aplicações mais onipresentes da impressão 3D de carbono na indústria médica. As próteses feitas sob medida eram geralmente muito caras para criar usando métodos tradicionais de fabricação. Por outro lado, o FDM e outras tecnologias de impressão baseadas em camadas são incapazes de produzir peças mecanicamente sólidas. No entanto, com a tecnologia de impressão Carbon DLS, as próteses agora podem ser produzidas a baixo custo a partir de materiais de engenharia de alta qualidade que possuem as propriedades certas para aumentar seu desempenho.

Aplicativo nº 4 – Aparelhos auditivos

Os aparelhos auditivos são outra tecnologia médica que se beneficia imensamente da flexibilidade do Carbon DLS. Os aparelhos auditivos precisam combinar perfeitamente com a forma do canal auditivo do paciente para funcionar corretamente. O Carbon DLS é capaz de produzir impressões altamente precisas que cabem no ouvido do paciente. Além disso, aparelhos auditivos e outros dispositivos de proteção auditiva podem ser feitos de elastômeros mais macios e confortáveis ​​que só podem ser impressos usando a tecnologia DLS de carbono.

Aplicativo nº 5 – Prototipagem

A engenharia médica depende de rigorosos ciclos de pesquisa e desenvolvimento para desenvolver um produto. Vários protótipos precisam ser criados para testar completamente o ajuste, a forma e a funcionalidade de um design. Usando o Carbon DLS, você pode usar materiais adequados mais baratos para fabricar rapidamente protótipos funcionais. O mesmo processo pode então ser usado para fazer produtos finais.

Leia mais sobre o uso de peças impressas em carbono DSL 3D na indústria médica.

Conclusão

À medida que a indústria médica continua a gerar inovações avançadas, equipamentos de fabricação igualmente avançados são necessários para trazer essas inovações ao mercado de forma rápida e barata, sem comprometer a qualidade e a funcionalidade. Para saber mais sobre como aproveitar a impressão 3D de carbono DLS no setor médico, use a ferramenta de cotação instantânea da Xometry para obter estimativas de custo precisas em seu dispositivo médico.