Comment Carbon DLS transforme la fabrication médicale

Les exigences technologiques de l'industrie médicale alimentent continuellement le développement de l'ingénierie médicale et des capacités de fabrication modernes. De plus en plus de technologies avancées sont employées pour transformer des conceptions qui changent la vie en produits prêts pour le consommateur. L'une de ces technologies est la synthèse numérique de lumière Carbon (DLS), une technologie d'impression 3D qui permet la production de pièces en élastomères d'ingénierie qui surpassent largement les matériaux concurrents dans la sphère de la stéréolithographie (SLA) ou du traitement numérique de la lumière (DLP). Cet article expliquera les avantages du passage à l'impression 3D Carbon dans l'industrie médicale.

Qu'est-ce que Carbon DLS ?

Carbon DLS utilise le processus CLIP, qui signifie Continuous Liquid Interface Production (production par interface liquide continue). Le CLIP se compose de 2 étapes comme décrit ci-dessous :

Étape 1 – Impression

L'impression Carbon DLS est similaire à l'impression SLA car elles impliquent toutes deux l'utilisation d'un réservoir de résine et d'un système de projection de lumière pour produire des pièces solides. C'est cependant là que s'arrêtent les similitudes. Dans Carbon DLS, un écran perméable est utilisé qui laisse passer les molécules d'oxygène mais retient le polymère liquide dans la cuve. L'oxygène forme une couche limite microscopique entre l'écran et l'interface liquide, connue sous le nom de zone morte. Cette couche d'oxygène empêche la résine de durcir directement au niveau de l'écran, lui permettant de s'écouler continuellement dans la zone morte et donnant naissance aux propriétés isotropes pour lesquelles les pièces imprimées avec la technologie Carbon DLS sont connues.

Étape 2 – Durcissement

Lorsque le processus de formage est terminé et qu'elles sortent de la machine, les pièces fabriquées à partir de certains matériaux avancés ne sont pas entièrement durcies. De telles pièces doivent subir un durcissement thermique supplémentaire dans un four avant de pouvoir acquérir leurs propriétés mécaniques complètes. La chaleur accélère le réticulage des chaînes polymères, résultant en des pièces extrêmement résistantes et durables.

Matériaux Carbon DLS

Pour pleinement apprécier les avantages fournis par l'impression 3D Carbon DLS dans l'industrie médicale, nous devons d'abord clarifier la différence entre anisotropie et isotropie.

Anisotropie

Les propriétés mécaniques des pièces/matériaux anisotropes varient lorsqu'elles sont mesurées dans différents plans. Les pièces imprimées en 3D sont généralement anisotropes en raison de leur construction couche par couche. Un exemple est une pièce imprimée en FDM qui est construite en empilant des couches sur l'axe Z. Les interfaces entre les couches consécutives sont des points faibles où des fissures sont susceptibles de se développer et des défaillances surviennent finalement si la pièce est chargée sur l'axe Z. Sur les axes X et Y, en revanche, ces points faibles sont absents, et la charge sur ces axes n'entraîne aucun problème.

Par conséquent, la pièce est mécaniquement plus faible sur son axe Z, comparé à ses axes X et Y. L'anisotropie n'est pas une propriété appropriée pour les pièces conçues pour l'industrie médicale car ces pièces sont couramment employées dans des applications complexes où la charge peut se produire dans n'importe quelle direction.

Isotropie

Les pièces/matériaux isotropes, contrairement à leurs homologues anisotropes, ont les mêmes propriétés lorsqu'elles sont mesurées dans toutes les directions. Leurs propriétés sont les mêmes indépendamment de la direction dans laquelle la charge est appliquée et les propriétés mesurées. Ce comportement matériau/pièce est critique dans les produits qui subissent des chargements complexes multidirectionnels. Peu de procédés d'impression 3D sont capables de créer des pièces isotropes. La technologie unique derrière Carbon DLS en fait l'un des très rares procédés d'impression 3D capables de produire des pièces isotropes.

Quels matériaux sont disponibles ?

Carbon DLS est un processus unique car il peut imprimer des matériaux élastomères avec une résistance et une résilience semblables au caoutchouc. Certains sont listés ci-dessous.

• Urethane Methacrylate (UMA 90) – Ce matériau est similaire à la résine SLA standard car il ne nécessite pas de durcissement thermique post-impression.
• Rigid Polyurethane (RPU 70) – En raison de sa ténacité, sa résistance et sa résistance à la chaleur, ce matériau est excellent pour les pièces de production.
• Flexible Polyurethane (FPU 50) – Ce matériau est une variante flexible de la gamme de résines polyuréthane. Il fournit une résistance à la fatigue et une ténacité supplémentaires.
• Cyanate Ester (DLS CE 221) – C'est un polymère rigide avec une résistance exceptionnelle aux hautes températures. Il a également une haute résistance et rigidité.
• Epoxy (DLS EPX 82) – Cette époxy rigide a d'excellentes propriétés mécaniques et est idéale pour l'impression de composants structurels.
• Silicone (SIL 30) – Une propriété qui rend cet uréthane silicone souple très recherché dans l'industrie médicale est sa biocompatibilité. Il a également une bonne résistance à la déchirure.
• Elastomeric Polyurethane (EPU 40) – Ce matériau convient bien pour l'absorption d'impact et les applications d'amortissement des vibrations.

Les matériaux ci-dessus offrent une large gamme de résistance à la traction, de ténacité, de résistance à la fatigue, de résistance à l'abrasion et de nombreuses autres propriétés souhaitables. Quelle que soit l'application, l'un ou plusieurs d'entre eux conviendront. Chacune de ces propriétés est souhaitable pour les applications médicales où les pièces subissent généralement des niveaux élevés de chargement cyclique ou sont tenues de fournir une haute précision lorsqu'elles sont utilisées pour la préparation chirurgicale ou comme guides de test.

Applications de l'impression 3D Carbon DLS dans l'industrie médicale

Application n°1 – Guides/Outils

Carbon DLS peut imprimer des pièces qui aident les chirurgiens à positionner avec précision les forets et autres instruments chirurgicaux. La grande vitesse et le faible coût de cette méthode d'impression permettent d'imprimer des guides personnalisés pour les patients basés sur des IRM ou des scans 3D. Ainsi, chaque pièce est fabriquée sur mesure selon la morphologie exacte du patient, améliorant la précision chirurgicale et réduisant les risques.

Application n°2 – Préparation chirurgicale

Pour se préparer à des chirurgies complexes, les chirurgiens analysent souvent des données patient telles que des IRM ou des scanners CT. L'impression 3D Carbon moderne a permis aux chirurgiens d'étudier un patient bien mieux avant la chirurgie en imprimant des représentations à l'échelle réelle des organes d'un patient basées sur ces scans.

Application n°3 – Prothèses

La création de prothèses à la fois personnalisées et génériques est l'une des applications les plus ubiquistes de l'impression 3D Carbon dans l'industrie médicale. Les prothèses personnalisées étaient généralement assez coûteuses à créer avec les méthodes de fabrication traditionnelles. D'autre part, le FDM et d'autres technologies d'impression basées sur les couches sont incapables de produire des pièces mécaniquement saines. Cependant, avec la technologie d'impression Carbon DLS, les prothèses peuvent maintenant être produites à moindre coût à partir de matériaux d'ingénierie de haute qualité qui possèdent les bonnes propriétés pour augmenter leurs performances.

Application n°4 – Appareils auditifs

Les appareils auditifs sont une autre technologie médicale qui bénéficie immensément de la flexibilité de Carbon DLS. Les appareils auditifs doivent correspondre parfaitement à la forme du conduit auditif d'un patient pour fonctionner correctement. Carbon DLS est capable de produire des impressions hautement précises qui s'adaptent à l'oreille du patient. De plus, les appareils auditifs et autres gadgets de protection auditive peuvent être fabriqués à partir d'élastomères plus souples et confortables qui ne peuvent être imprimés qu'avec la technologie Carbon DLS.

Application n°5 – Prototypage

L'ingénierie médicale dépend de cycles rigoureux de recherche et développement pour développer un produit. De multiples prototypes doivent être créés pour tester minutieusement l'ajustement, la forme et la fonctionnalité d'une conception. En utilisant Carbon DLS, vous pouvez utiliser des matériaux moins chers et adaptés pour fabriquer rapidement des prototypes fonctionnels. Le même processus peut ensuite être utilisé pour fabriquer les produits finis.

En savoir plus sur l'utilisation de pièces imprimées en 3D Carbon DSL dans l'industrie médicale.

Conclusion

Alors que l'industrie médicale continue de générer des innovations avancées, des équipements de fabrication tout aussi avancés sont nécessaires pour amener ces innovations sur le marché rapidement et à moindre coût sans compromettre la qualité et la fonctionnalité. Pour en savoir plus sur la manière de tirer parti de l'impression 3D Carbon DLS dans l'industrie médicale, utilisez l'outil de devis instantané de Xometry pour obtenir des estimations de coûts précises sur votre dispositif médical.