Como a Carbon DLS Transforma a Manufatura Médica

As demandas tecnológicas da indústria médica impulsionam continuamente o desenvolvimento da engenharia médica e das capacidades modernas de manufatura. Tecnologias cada vez mais avançadas são empregadas para transformar designs que mudam vidas em produtos prontos para o consumidor. Uma destas tecnologias é a Síntese de Luz Digital (DLS) da Carbon, uma tecnologia de impressão 3D que permite a produção de peças feitas de elastômeros de engenharia que superam vastamente materiais concorrentes na esfera da estereolitografia (SLA) ou processamento digital de luz (DLP). Este artigo explica os benefícios de migrar para impressão 3D Carbon na indústria médica.

O que é Carbon DLS?

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

Etapa 1 – Impressão

A impressão Carbon 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. No entanto, as semelhanças terminam aqui. Na Carbon DLS, uma tela permeável é usada 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". Esta camada de oxigênio impede que a resina cure diretamente no nível da tela, permitindo que flua continuamente para a zona morta e dando origem às propriedades isotrópicas pelas quais peças impressas com tecnologia Carbon DLS são conhecidas.

Etapa 2 – Cura

Quando o processo de formação está completo e as peças são retiradas da máquina, peças feitas de certos materiais avançados não estão totalmente curadas. Tais peças precisam passar por cura térmica adicional em forno antes de adquirir suas propriedades mecânicas completas. O calor acelera a reticulação das cadeias poliméricas, resultando em peças extremamente resistentes e duras.

Materiais Carbon DLS

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

Anisotropia

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

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

Isotropia

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

Quais Materiais Estão Disponíveis?

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

• Uretano Metacrilato (UMA 90) – Este material é similar 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. Proporciona resistência adicional à fadiga e tenacidade.
• Éster Cianato (DLS CE 221) – Este é um polímero rígido com resistência excepcional a altas temperaturas. Também possui alta resistência e rigidez.
• Epóxi (DLS EPX 82) – Este epóxi rígido tem propriedades mecânicas excelentes 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 possui boa resistência ao rasgo.
• Poliuretano Elastomérico (EPU 40) – Este material serve bem para aplicações de absorção de impacto e amortecimento de vibração.

Os materiais acima fornecem uma ampla gama 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 será adequado. Cada uma destas propriedades é desejável para aplicações médicas onde peças geralmente passam por altos níveis de carregamento cíclico ou são requeridas a fornecer alta precisão quando empregadas para preparação cirúrgica ou como guias de teste.

Aplicações da Impressão 3D Carbon DLS na Indústria Médica

Aplicação #1 – Guias/Ferramentas

A Carbon DLS pode imprimir peças que ajudam cirurgiões a posicionar com precisão brocas e outros instrumentos cirúrgicos. A alta velocidade e baixo custo deste método de impressão permitem guias personalizados de pacientes serem impressos baseados em ressonâncias magnéticas ou scans 3D. Assim, cada peça é feita sob medida para o físico exato do paciente, melhorando a precisão cirúrgica e reduzindo riscos.

Aplicação #2 – Preparação Cirúrgica

Para preparar cirurgias complexas, cirurgiões frequentemente analisam dados do paciente como ressonâncias magnéticas ou tomografias. A impressão 3D Carbon moderna permitiu que cirurgiões estudem um paciente muito melhor antes da cirurgia, imprimindo representações em escala real dos órgãos do paciente baseadas nesses scans.

Aplicação #3 – Próteses

A criação de próteses personalizadas e genéricas é uma das aplicações mais ubíquas da impressão 3D Carbon na indústria médica. Próteses personalizadas eram geralmente caras de criar usando métodos de manufatura tradicionais. Por outro lado, 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, próteses agora podem ser produzidas economicamente a partir de materiais de engenharia de alta qualidade que possuem as propriedades certas para aumentar seu desempenho.

Aplicação #4 – Aparelhos Auditivos

Aparelhos auditivos são outra tecnologia médica que beneficia imensamente da flexibilidade da Carbon DLS. Aparelhos auditivos precisam combinar perfeitamente com o formato do canal auditivo do paciente para funcionar corretamente. A Carbon DLS é capaz de produzir impressões altamente precisas que se encaixam 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 tecnologia Carbon DLS.

Aplicação #5 – Prototipagem

A engenharia médica depende de ciclos rigorosos de pesquisa e desenvolvimento para desenvolver um produto. Múltiplos protótipos precisam ser criados para testar completamente o ajuste, forma e funcionalidade de um design. Usando 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 3D Carbon DLS na indústria médica.

Conclusão

À medida que a indústria médica continua gerando inovações avançadas, equipamentos de manufatura igualmente avançados são necessários para levar estas inovações ao mercado rapidamente e economicamente sem comprometer qualidade e funcionalidade. Para saber mais sobre como aproveitar a impressão 3D Carbon DLS na indústria médica, utilize a ferramenta de cotação instantânea da Xometry para obter estimativas de custo precisas para seu dispositivo médico.