Anwendungen von Carbon DLS in der medizinischen Industrie

22. August 2023

08:00

In diesem Artikel wird Xometry die Carbon DLS 3D-Drucktechnologie und ihre äußerst vorteilhafte Rolle in der medizinischen Industrie untersuchen.

Die technologischen Anforderungen der Medizinbranche treiben kontinuierlich die Entwicklung der Medizintechnik und moderner Fertigungskapazitäten voran. Immer fortschrittlichere Technologien werden eingesetzt, um lebensverändernde Designs in verbrauchergerechte Produkte zu verwandeln. Eine dieser Technologien ist 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 der Umstellung auf Carbon-3D-Druck in der Medizinbranche erläutert.

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

Drucken – Der Carbon-DLS-Druck ähnelt dem SLA-Druck, da bei beiden ein Harzreservoir und ein Lichtprojektionssystem zur Herstellung fester Teile verwendet werden. Hier enden jedoch die Ähnlichkeiten zwischen ihnen. Bei Carbon DLS wird ein durchlässiges Sieb verwendet, das Sauerstoffmoleküle durchlässt, das flüssige Polymer jedoch im Bottich hält. Der Sauerstoff bildet eine mikroskopisch kleine Grenzschicht zwischen Sieb und Flüssigkeitsgrenzfläche, die sogenannte Totzone. Diese Sauerstoffschicht verhindert, dass das Harz direkt auf Siebebene aushärtet, sodass es kontinuierlich in die Totzone fließen kann und die isotropen Eigenschaften entstehen lässt, für die mit der Carbon-DLS-Technologie gedruckte Teile bekannt sind.

Kohlenstoff-DLS-Partikel im Prozess

Aushärten – Wenn der Umformprozess abgeschlossen ist und sie aus der Maschine entnommen werden, sind Teile aus bestimmten fortschrittlichen Materialien nicht vollständig ausgehärtet. Solche Teile müssen einer weiteren thermischen Aushärtung in einem Ofen unterzogen werden, bevor sie ihre vollen mechanischen Eigenschaften erreichen. Die Hitze beschleunigt die Vernetzung der Polymerketten, wodurch äußerst belastbare und zähe Teile entstehen.

Um die Vorteile, die der Carbon-DLS-3D-Druck in der Medizinbranche bietet, voll auszuschöpfen, müssen wir zunächst den Unterschied zwischen Anisotropie und Isotropie klären.

Mikroskopische Ansicht anisotroper Materialien

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 auf der Z-Achse erstellt wird. Die Grenzflächen zwischen aufeinanderfolgenden Schichten sind Schwachstellen, an denen sich wahrscheinlich Risse entwickeln und letztendlich Ausfälle auftreten, wenn das Teil in der z-Achse belastet wird. Auf der x- und y-Achse hingegen fehlen diese Schwachstellen und eine Belastung auf diesen Achsen bereitet keine Probleme. Daher ist das Teil auf seiner z-Achse mechanisch schwächer als auf seinen x- und y-Achsen. Anisotropie ist keine geeignete Eigenschaft für Teile, die für die medizinische Industrie entwickelt wurden, da diese Teile häufig in komplexen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Belastungen in jede beliebige Richtung erfolgen können.

Mikroskopische Ansicht isotroper Materialien

Isotropie – Isotrope Teile/Materialien haben im Gegensatz zu ihren anisotropen Gegenstücken die gleichen Eigenschaften, wenn sie in alle Richtungen gemessen werden. Ihre Eigenschaften sind unabhängig von der Richtung der Belastung und den gemessenen Eigenschaften gleich. Dieses Material-/Teileverhalten ist bei Produkten, die einer komplexen multidirektionalen Belastung ausgesetzt sind, von entscheidender Bedeutung. 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.

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

Die oben genannten Materialien bieten ein breites Spektrum an Zugfestigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Abriebfestigkeit und vielen anderen wünschenswerten Eigenschaften. Für welche Anwendung auch immer, eine oder mehrere davon sind geeignet. Alle diese Eigenschaften sind für medizinische Anwendungen wünschenswert, bei denen Teile normalerweise hohen zyklischen Belastungen ausgesetzt sind oder bei der Verwendung für chirurgische Vorbereitungen oder als Prüfhilfen eine hohe Genauigkeit bieten müssen.

Der Carbon-DLS-3D-Druck und seine kompatiblen Materialien haben ein breites Anwendungsspektrum 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 dieser Druckmethode ermöglichen das Drucken individueller Patientenleitfäden auf der Grundlage von MRT- oder 3D-Scans. Auf diese Weise wird jedes Teil exakt an den Körperbau des Patienten angepasst, wodurch die chirurgische Genauigkeit verbessert und das Risiko verringert wird.

Anwendung Nr. 2 – Chirurgische Vorbereitung

Um sich auf komplexe Operationen vorzubereiten, 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 sowohl individueller als auch allgemeiner Prothesen ist eine der am weitesten verbreiteten Anwendungen des Carbon-3D-Drucks in der medizinischen Industrie. Maßgeschneiderte Prothesen waren mit herkömmlichen Herstellungsmethoden in der Regel recht teuer herzustellen. Andererseits sind FDM und andere schichtbasierte Drucktechnologien nicht in der Lage, mechanisch einwandfreie Teile herzustellen. Mit der Carbon-DLS-Drucktechnologie können Prothesen jetzt jedoch kostengünstig aus hochwertigen Materialien in technischer Qualität hergestellt werden, die über die richtigen Eigenschaften verfügen, um ihre Leistung zu steigern.

Anwendung Nr. 4 – Hörgeräte

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

Anwendung Nr. 5 – Prototyping

Die Medizintechnik ist bei der Entwicklung eines Produkts auf strenge Forschungs- und Entwicklungszyklen angewiesen. Um die Passform, Form und Funktionalität eines Designs gründlich zu testen, müssen mehrere Prototypen erstellt werden. Mit Carbon DLS können Sie mit günstigeren geeigneten Materialien schnell funktionsfähige Prototypen herstellen. Mit dem gleichen Verfahren können dann Endprodukte hergestellt werden.

Da die Medizinbranche weiterhin fortschrittliche Innovationen hervorbringt, sind ebenso fortschrittliche Fertigungsanlagen 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-3D-Druck in der Medizinbranche nutzen können, nutzen Sie das Sofortangebotstool von Xometry, um genaue Kostenschätzungen für Ihr Medizingerät zu erhalten.

22. August 2023

08:00