Applications du DLS au carbone dans l'industrie médicale

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

Qu'est-ce que Carbon DLS ?

Carbon DLS utilise le procédé CLIP, qui signifie Continuous Liquid Interface Production. CLIP se compose de 2 étapes décrites ci-dessous :

Étape 1 – Impression

L'impression DLS au carbone 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 entre eux. Dans Carbon DLS, un écran perméable est utilisé qui laisse passer les molécules d'oxygène mais maintient 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 en continu 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'ils sont sortis de la machine, les pièces fabriquées à partir de certains matériaux avancés ne sont pas complètement durcies. De telles pièces doivent encore subir un durcissement thermique dans un four avant de pouvoir acquérir toutes leurs propriétés mécaniques. La chaleur accélère la réticulation des chaînes polymères, ce qui donne des pièces extrêmement résistantes et résistantes.

Matériaux carbone DLS

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

Anisotropie

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

Par conséquent, la pièce est mécaniquement plus faible dans son axe z, par rapport 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 utilisées dans des applications complexes dans lesquelles le chargement peut avoir lieu dans n'importe quelle direction.

Isotropie

Les pièces/matériaux isotropes, contrairement à leurs homologues anisotropes, ont les mêmes propriétés lorsqu'ils sont mesurés dans toutes les directions. Leurs propriétés sont les mêmes quelle que soit la direction d'application de la charge et les propriétés mesurées. Ce comportement matériau/pièce est essentiel dans les produits qui reçoivent une charge multidirectionnelle complexe. Peu de processus d'impression 3D sont capables de créer des pièces isotropes. La technologie unique derrière Carbon DLS en fait l'un des rares processus d'impression 3D capable de produire des pièces isotropes.

Quels sont les matériaux disponibles ?

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

• Méthacrylate d'uréthane (UMA 90) – Ce matériau est similaire à la résine SLA standard car il ne nécessite pas de durcissement thermique post-impression.

• Polyuréthane rigide (RPU 70) – En raison de sa ténacité, de sa résistance et de sa résistance à la chaleur, ce matériau est excellent pour les pièces de production.

• Polyuréthane souple (FPU 50) – Ce matériau est une variante souple de la gamme des résines polyuréthanes. Il offre une résistance à la fatigue et une ténacité supplémentaires.

• Ester cyanate (DLS CE 221) – Il s'agit d'un polymère rigide avec une résistance exceptionnelle aux hautes températures. Il a également une résistance et une rigidité élevées.

• Époxy (DLS EPX 82) – Cet époxy rigide possède de superbes propriétés mécaniques et est idéal pour l'impression de composants structurels.

• Silicone (SIL 30) – Une propriété qui rend cet uréthane de silicone souple très recherché dans l'industrie médicale est sa biocompatibilité. Il a également une bonne résistance à la déchirure.

• Polyuréthane élastomère (EPU 40) - Ce matériau convient bien aux applications d'absorption des chocs et 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, une ou plusieurs d'entre elles conviendront. Chacune de ces propriétés est souhaitable pour les applications médicales où les pièces subissent généralement des niveaux élevés de chargement cyclique ou doivent fournir une grande précision lorsqu'elles sont utilisées pour les préparations chirurgicales ou comme guides de test.

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

Application #1 – Guides/Outils

Carbon DLS peut imprimer des pièces qui aident les chirurgiens à positionner avec précision les forets et autres instruments chirurgicaux. La vitesse élevée et le faible coût de cette méthode d'impression permettent d'imprimer des guides personnalisés de patients sur la base d'IRM ou de scans 3D. De cette façon, chaque pièce est fabriquée sur mesure en fonction du physique exact du patient, améliorant ainsi la précision chirurgicale et réduisant les risques.

Application #2 – Préparation chirurgicale

Pour se préparer à des chirurgies complexes, les chirurgiens analysent souvent les données des patients telles que les IRM ou les tomodensitogrammes. L'impression 3D carbone moderne a permis aux chirurgiens d'étudier un patient bien mieux avant la chirurgie en imprimant des représentations à grande échelle des organes d'un patient sur la base de ces scans.

Application #3 – Prothèses

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

Application #4 – Appareils auditifs

Les aides auditives sont une autre technologie médicale qui bénéficie énormément de la flexibilité de Carbon DLS. Les aides auditives doivent épouser parfaitement la forme du conduit auditif du patient pour fonctionner correctement. Carbon DLS est capable de produire des impressions très précises qui s'adaptent à l'oreille du patient. De plus, les aides auditives et autres gadgets de protection auditive peuvent être fabriqués à partir d'élastomères plus doux et confortables qui ne peuvent être imprimés qu'avec la technologie DLS au carbone.

Application #5 – Prototypage

L'ingénierie médicale dépend de cycles de recherche et développement rigoureux pour développer un produit. Plusieurs 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 appropriés moins chers pour fabriquer rapidement des prototypes fonctionnels. Le même processus peut ensuite être utilisé pour fabriquer des produits finaux.

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

Conclusion

Alors que l'industrie médicale continue de générer des innovations de pointe, des équipements de fabrication tout aussi avancés sont nécessaires pour mettre ces innovations sur le marché rapidement et à moindre coût sans compromettre la qualité et la fonctionnalité. Pour en savoir plus sur la façon d'exploiter l'impression 3D DLS au carbone dans l'industrie médicale, utilisez l'outil de devis instantané de Xometry pour obtenir des estimations de coût précises sur votre dispositif médical.