Применение Carbon DLS в медицинской промышленности

22 августа 2023 г.

08:00

В этой статье Xometry будет изучать технологию 3D-печати Carbon DLS и ее чрезвычайно полезную роль в медицинской промышленности.

Технологические требования медицинской промышленности постоянно стимулируют развитие медицинской техники и современных производственных возможностей. Все больше и больше передовых технологий используются для превращения дизайнов, меняющих жизнь, в готовые к использованию продукты. Одной из таких технологий является Carbon Digital Light Synthesis (DLS), технология 3D-печати, которая позволяет производить детали из технических эластомеров, которые значительно превосходят конкурирующие материалы в сфере стереолитографии (SLA) или цифровой обработки света (DLP). В этой статье будут объяснены преимущества перехода на углеродную 3D-печать в медицинской промышленности.

Carbon DLS использует процесс CLIP, что означает непрерывное производство жидкостного интерфейса. CLIP состоит из двух этапов, описанных ниже:

Печать. Карбоновая DLS-печать аналогична печати SLA, поскольку обе они предполагают использование резервуара со смолой и системы проецирования света для производства твердых деталей. Однако на этом сходство между ними заканчивается. В Carbon DLS используется проницаемый экран, который пропускает молекулы кислорода, но удерживает жидкий полимер в ванне. Кислород образует микроскопический пограничный слой между экраном и границей раздела жидкости, известный как мертвая зона. Этот слой кислорода предотвращает отверждение смолы непосредственно на уровне экрана, позволяя ей непрерывно течь в мертвую зону и обеспечивая изотропные свойства, которыми славятся детали, напечатанные с помощью технологии Carbon DLS.

Углеродные частицы DLS в процессе

Отверждение. Когда процесс формовки завершен и детали вынуты из машины, детали, изготовленные из некоторых современных материалов, не отверждаются полностью. Такие детали должны пройти дальнейшее термическое отверждение в печи, прежде чем они смогут приобрести свои полные механические свойства. Тепло ускоряет сшивание полимерных цепей, в результате чего получаются чрезвычайно упругие и прочные детали.

Чтобы в полной мере оценить преимущества 3D-печати Carbon DLS в медицинской промышленности, нам необходимо сначала прояснить разницу между анизотропией и изотропией.

Микроскопический вид анизотропных материалов

Анизотропия. Механические свойства анизотропных деталей/материалов изменяются при измерении в разных плоскостях. Детали, напечатанные на 3D-принтере, обычно имеют анизотропную природу из-за их послойного построения. Примером может служить деталь, напечатанная методом FDM, которая создается путем наложения слоев по оси Z. Интерфейсы между последовательными слоями являются слабыми местами, где могут развиваться трещины и в конечном итоге возникать сбои, если деталь нагружена по оси Z. Напротив, по осям x и y эти слабые места отсутствуют, и загрузка по этим осям не приводит к каким-либо проблемам. Следовательно, деталь механически слабее по оси z по сравнению с осями x и y. Анизотропия не является подходящим свойством для деталей, предназначенных для медицинской промышленности, поскольку эти детали обычно используются в сложных приложениях, в которых нагрузка может происходить в любом направлении.

Микроскопический вид изотропных материалов

Изотропия. Изотропные детали/материалы, в отличие от своих анизотропных аналогов, имеют одинаковые свойства при измерении во всех направлениях. Их свойства одинаковы независимо от направления приложения нагрузки и измеряемых свойств. Такое поведение материала/детали имеет решающее значение для изделий, подвергающихся сложной разнонаправленной нагрузке. Не многие процессы 3D-печати способны создавать изотропные детали. Уникальная технология Carbon DLS делает ее одним из немногих процессов 3D-печати, позволяющих производить изотропные детали.

Carbon DLS — это уникальный процесс, поскольку он позволяет печатать эластомерные материалы, обладающие прочностью и эластичностью, сравнимыми с резиной. Некоторые из них перечислены ниже.

Вышеуказанные материалы обеспечивают широкий диапазон прочности на разрыв, ударной вязкости, усталостной прочности, стойкости к истиранию и многих других желаемых свойств. Каким бы ни было приложение, один или несколько из них подойдут. Каждое из этих свойств желательно для медицинских применений, где детали обычно подвергаются высоким уровням циклической нагрузки или требуют обеспечения высокой точности при подготовке к хирургическому вмешательству или в качестве шаблонов для испытаний.