Быстрое и дешевое прототипов медицинских устройств с использованием 3D печатных Пресс-формы для литья под давлением жидкости

Резюме

Мы разработали метод для недорогих и быстрого прототипирования жидких эластомер резина литья под давлением устройств с помощью слитые осаждения моделирование 3D-принтеры для проектирования пресс-форм и модифицированной эксикаторе как жидкостной системой впрыска.

Аннотация

Биологически инертные эластомеры, такие как силикон благоприятные материалы для изготовления медицинских приборов, но формирования и лечения этих эластомеров с использованием традиционных процессов литья под давлением жидкость может быть дорогостоящий процесс из-за оснастки и расходы на оборудование. В результате, это традиционно непрактично использовать жидкий литья под давлением на недорогие, быстрые приложений прототипов. Мы разработали метод для быстрого и дешевого производства жидких инъекционных эластомер формованных устройств, которая использует конденсированных осаждения моделирование 3D-принтеры для проектирования пресс-форм и модифицированной эксикаторе как системы впрыска. Низкие затраты и быстрое время выполнения заказа в этой технике снизить барьер для многократного проектирования и прототипирования сложных эластомеров устройств. Кроме того, модели CAD, разработанные в этом процессе может быть позже адаптирована для дизайна металлическую форму оснастки, что позволяет легкий переход к традиционным способом литья под давлением. Мы использовали эту технику для производства intravagИнал зонды с участием сложную геометрию, а также формованием над металлическими частями, используя инструменты общедоступных течение учебного научно-исследовательской лаборатории. Однако этот метод может быть легко адаптирована для создания жидких литьевым формованием устройства для многих других приложений.

Введение

Жидкость литья под давлением (LIM) (также известный как инъекции реакция литья) часто используется для изготовления эластомерных устройства от термореактивных эластомеров, но высокая оснастки и затраты на оборудование требует много авансовые капитальных вложений ^1. Кроме того, LIM может быть технически сложным и дорогостоящим для реализации в случаях со сложной геометрией и требования к формовании. В результате, это, как правило нецелесообразно использовать традиционные LIM в ультра-низких объемах или с конструкциями устройств на ранней стадии, что часто несут итерационные изменения.

Типичная процедура литьевых эластомерных материалов предполагает введение жидких мономеров при давлениях около 150 фунтов на квадратный дюйм в форму с помощью специализированного формования оборудования ^2. Температура и давление контролируется, чтобы обеспечить ламинарный поток и избежать проникновения воздуха оказаться в ловушке в форме ^3. Сырье, как правило, из двух частей системы отверждения, такие как платина вылечить силиконовой, тшляпа хранятся в отдельных и температуры контролируемых камер перед инъекцией. Оба компонента сырья закачивают в смесительной камере высокого давления, которые впоследствии подает в полость формы. Отверждение достигается присутствии катализатора, а также температуры около 150-200 ° C ^4. Пресс-формы, как правило, изготовлены из стали или алюминия с точными допусками, чтобы создать хорошее уплотнение вокруг расставания кромки ^3,5. К сожалению, этот процесс, как правило, больше подходит для больших масштабах производства данных высокого плесени затрат на инструменты, а также требования в отношении специализированных инъекций и управления с обратной связью систем.

Для быстрого прототипирования полиуретана (PU) частей, можно использовать стереолитографии (SLA) для создания мастер плесени и произвести кремниевой резины ^6,7. Однако этот способ не подходит для напрессовки поскольку трудно добиться точного выравнивания на подложку компонентов, как силикон, поконструкции, не жесткую структуру. Кроме того, производство приборов со сложной геометрией, таких как инвагинаций или выдолбленные секциях, трудно или невозможно. Требование сложных или точных пресс-форм линий разъема и жестких тонких элементов чаще всего, несовместимы с процессом жидкой резины под давлением.

Вышеупомянутые производство масштаба или поздней стадии прототипирования процессы зачастую непрактично для ранней стадии развития медицинского оборудования, в котором несколько устройств должны быть подготовлены для доказательства правильности концепции и возможности в исследованиях на людях, как это часто бывает в академической лаборатории и запуск среды компании. Отсутствие альтернатив часто означает, что даже развитие на ранней стадии будет нести высокие затраты, требуя многих разработчиков устройств для ограничения функциональности устройства или поставить развитие на удержание в то время как дополнительные средства привлекаются. Это способствует резкому замедлению процесса развития, поскольку большой части медицинского оборудования повторно Реализация десть сложных функций. Кроме того, трудно финансировать дорогостоящую разработку таких устройств, так как доказательство правильности концепции данные часто еще не установлена. Мы столкнулись с этой контрольно-пропускной пункт в недавнем проекта в этой лаборатории, в котором участвовали развитие силиконовой интравагинального зонда с на подложку электрических и оптических датчиков, которые требуют чаевые чашеподобную соответствовать заданными шейки геометрий. Процесс, описанный в этой статье документы нашу попытку обойти этот порочный круг и быстро достичь чек, подтверждающий факт концепции для LIM медицинского оборудования.

Техника показано на рисунке 1 деконструирует процесс LIM на 5 основных видов деятельности: (1) конструкция прессформы и производства, (2) формы сборки (3) смешивание эластомера, (4) для инъекций эластомер, и (5) эластомер отверждения и извлечения из формы.

пг "ширина =" 600 "/>
.. Рисунок 1 Протокол Обзор Обзор протокола, который предполагает: (1а) создание формы с использованием системы автоматизированного проектирования инструментов, (1b) 3D печати отливок, (2) обжимной пресс-формы части, используя резьбовых шпилек и винтов, ( 3) смешивание жидкого эластомера и загрузкой в шприц, (4) нагнетание жидкости эластомер в пресс-форму с помощью модифицированного эксикатор, (5а) отверждение эластомера в печи с контролируемой температурой, и (5b) извлечения из формы отвержденного эластомера устройство от пресс-формы штук.

Дизайн Плесень включает в себя разработку мастер формы в системе автоматизированного проектирования (САПР), вычитание мастера формы из твердого блока и определения линий разъема пресс-формы. Отливок создаются и затем собирают с помощью винтов, стержней и орехи с на подложку компонентов, расположенных в полости формы. Резина примесьг включает объединение частей А и В сырья и дегазации для удаления потенциальных пустот в материале. Далее, впрыск эластомер включает приводимые в действие давлением заполнение полости формы, а затем эластомера отверждения в печи с контролируемой температурой, чтобы обеспечить химическое сшивание полимерных цепей.

Ломая процесса литья под давлением в этих шагов позволяет отказаться традиционный LIM оборудование в пользу низких альтернатив затрат. Например, вместо обработки металлической формы или отливки форму из кремниевой резины от мастера формы, формы, созданные с протоколом, описанным в этой рукописи были созданы из акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) пластика с использованием плавленого осаждения моделирование (FDM) 3D Принтер ^8,9. По сравнению с строительных металлических форм или SLA форм, FDM, как правило, дешевле и быстрее процесс. Довольно сложные формы могут быть быстро распечатаны на в доме 3D-принтер, или дешево производятся одним из многих контракта 3D printinг-услуги можно получить. Например, сложный восемь частей 3D печатный пресс-формы была использована для приведения продемонстрировали интравагинального зонд в разделе результатов представительной и показано на фигурах 14 и 15. Все запчасти для этой плесени могут быть напечатаны в примерно 1,5 дней на в доме 3D-принтер. Раз поворот для более простых форм может быть несколько часов. Общая длина времени, необходимого для Прототип устройства с помощью FDM 3D принтеры для создания форм похож на время, необходимое, чтобы бросить форму из силиконовой резины и создать полиуретановый прототип. Однако, используя FDM 3D принтеры для создания форм позволяет в течение нескольких вещей, которые не могут быть легко выполнено с использованием силиконовые формы: (1) многие термореактивных эластомеров могут быть использованы при условии, что 3D-печатных плесень может терпеть необходимые Температуры отверждения, (2) сложные геометрические могут быть созданы с использованием различных частей пресс-формы и линий разъема, и (3) использование жестких отливок позволяет точно и воспроизводимостьBLE выравнивание на подложку компонентов в полость пресс-формы.

Вместо того чтобы использовать традиционные машины Лим, который сочетает в себе смешивание, инъекции, и отверждение, можно использовать лабораторный смеситель, чтобы обеспечить однородное смешивание, модифицированный эксикатор для инъекций, и стандартный контролируемой температурой печи для отверждения. Система впрыска была создана при помощи компонентов вне-полки и включает добавление положительного линии подачи давления в эксикаторе, который подключается к шприц со смешанным эластомера. Палата наддува в стендовых лучших эксикаторах обычно управляется трехходовым клапаном между камерами, вакуумной линии питания, и в атмосферу. Модифицированный эксикатор добавляет положительную линию подачи питающего напряжения к задней части поршень шприца. Это позволяет создавать разности давлений 40-50 фунтов на квадратный дюйм, что является достаточным для впрыска жидкости материала в полость пресс-формы.

Этот метод позволил нам произвосе силиконовые интравагинальные зонды с на подложку электрических и оптических датчиков для сбора доказательств правильности концепции данных для фазы I клинических испытаний. Силиконовые был выбран из-за необходимости биологической инертности, а также возможность стерилизации с различными методами ^10,11. Кроме того, устройство требуется сложная и нетрадиционные чашеобразный геометрию на кончике зонда, где расположены датчики для взаимодействия с шейки матки. Без использования описанной методике, было бы гораздо дороже и длительный процесс для производства этих устройств. Эта адаптация процесса LIM снижает стоимость оборудования и требования по сравнению с традиционным процессом LIM, что делает его практическое принять быстрое и итеративный подход к разработке эластомерных устройств.

протокол

Этот протокол описывает использование специфической терминологии и особенности в программном обеспечении SolidWorks, используемого для Mold Design и этапов производства, хотя другие программные пакеты также могут быть использованы для достижения того же результата.

1. Плесень Дизайн и производство

1. Дизайн мастер формы к-масштабе с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) программного обеспечения. Конкретные процедуры формы мастер конструкции будет варьироваться в зависимости от конкретной геометрии нужного эластомера устройства. Это и последующие шаги будут иллюстрируют основные шаги, которые приводят к определенному формы мастер и формы конструкции, что примерно напоминает внутривлагалищного устройство зонда, изображенного на результаты раздела представительства.
   1. Чтобы определить наконечник щупа, создать 2D эскиз в правой плоскости, которая определяет внутреннюю и внешнюю границы радиальном поперечном сечении чашеподобного геометрии аналогичной изображенной на рис 2А. Используйте "Смарт измерение" инструмента эскизаопределить размеры эскиза. Убедитесь, что все геометрические надлежащим ограничен, добавив достаточные отношения между элементами эскиза. Когда закончите, выйдите из эскиза.

   
   Рисунок 2. 2D CAD Эскизы. A) 2D эскиз, которые могут быть радиально вращается вокруг оси Y. производить чашеобразный функцию, аналогичную той, на интравагинального измерительным устройством. B) каплевидные 2D эскиза, который может быть экструдирован из плоскости в призму- как структура, которая образует ручку интравагинального измерительным устройством. С) Пример эскиза, который создает два участка в радиальном сечении чашеобразного функции области формы. Вращались сокращения выборочно в Районе 1 или в Районе 2 вокруг оси Y. будет давать различные отливок.

   2. Используйте функцию "Круговой Босс / Base" вращаться 2D эскиз на 360 ° относительно оси ординат для получения 3D особенность, которая напоминает чашку. Отдельные контуры и / или регионы эскиза может быть индивидуально выбран выборочно вращаются желаемых областей эскиза с каждого вызова функции "Круговой Босс / Base".
   3. Чтобы определить ручку зонда, создать 2D эскиз в верхней плоскости, которая определяет внешние границы поперечного сечения слеза, как геометрии, аналогичной схеме 2В. Когда закончите, выйдите из эскиза.
   4. Используйте функцию "Экструдированный Босс / Base" для выдавливания выбранные контуры и / или регионы 2D эскиз в Y-направлении. Прессованная может быть экструдирован в обоих положительных и отрицательных Y-направлении, а также может быть задан в начало / конец на указанных плоскостей, поверхностей или фиксированных смещений. Указание экструзии начать с основанием чашеобразной геометрии и проходят от открытие чашеобразного геометрии.
2. В отдельном файле САПР, нарисуйте прямоугольную призму твердое тело, что является достаточно большим, чтобы закрывать мастер плесени.
   1. Чтобы определить прямоугольную призму, создайте прямоугольник в 2D эскиз в верхней плоскости. Убедитесь, Х-размер прямоугольника больше, чем самой широкой формы мастер геометрии в X-направлении и Y-размер прямоугольника больше, чем самой широкой формы мастер геометрии в Y-направлении. Когда закончите, выйдите из эскиза.
   2. Используйте функцию "Экструдированный Босс / Base", чтобы выдавить области, охваченной прямоугольника в 2D эскиз в Y-направлении. Убедитесь, что длина профиля длиннее самой длинной формы мастер геометрии в Y-направлении.
3. Объедините мастер формы и прямоугольную призму, чтобы сформировать формы отрицательный.

oad/51745/51745fig3highres.jpg "ширина =" 500 "/>
Рисунок 3. Создание Mold в САПР. Чертежей САПР мастера формы (справа) и пресс-форм негатива (слева) для влагалищном измерительным устройством изображен. Пресс-форма создается отрицательное путем вычитания формы мастер геометрию из прямоугольной призмы и, в конечном счете быть разделена на две или более частей и стать функциональный плесени.

3. 1. Импорт мастер формы в файл CAD с прямоугольной призмы. Выравнивание мастер форма так, что он центрирован и полностью заключена внутри прямоугольной призмы.
   2. Используйте "Объединить" функцию и выберите "вычитанию" тип операции, чтобы создать полость формы (рис. 3).
   3. При использовании с 3D-принтер с низким разрешением (большинство FDM 3D принтеров), отмечают, что большинство малых функции могут быть напечатаны, поскольку они находятся под минимальный размер особенность аппарата. Таким образом, заостренные углы и края должны бытьокругляется с использованием либо "Филе" или "Фаска", так как эти функции слишком тонкая для принтер для решения.
      Примечание: Если многокомпонентного формования желательно, части полости пресс-формы должна быть спроектирована таким образом, что на подложку компонент может быть расположен и ограничены в полости пресс-формы. Это может быть достигнуто путем определения части пресс-формы, чтобы обеспечить Направляющие на подложку с компонентом (рис. 4).

Рисунок 4. Проектирование Направляющие в форме. Разобранном CAD чертеж пресс-формы, волоконная оптика трубки, и электродных элементов. Волоконной оптики трубки и электроды должны быть точно установлены и формовать поверх производить внутривлагалищного зонд. Направляющие предназначены в пресс-форме, чтобы эти компоненты, чтобыоставаться на месте в то время как жидкость эластомер, введенного в полость пресс-формы.

4. Определить прощальные строки, которые будут вырезать форму на несколько частей, и сквозных отверстий для резьбовых шпилек и винтов провести пресс-формы куски вместе (рис. 5 и 6). Удельный размещение разделительных линий и штока сквозных отверстий зависит от взаимного расположения друг с другом в пределах от геометрии полости пресс-формы.

. Рисунок 5 Плесень:. Разобранном виде в разобранном САПР чертеж готовой формы сборки для интравагинального измерительным устройством. Геометрия полости формы не только определяет внешние геометрии конечного интравагинального измерительным устройством, но и обеспечивает анкерные и позиционирования точки для компонентов, которые будут на подложку. В частности, пресс-формабаза геометрия и в левом верхнем углу и верхний правый штук выровнять волоконной оптики трубку, и плесень база обеспечивает вставки для выравнивания электроды на конечного устройства.

. Рисунок 6 Плесень:. Собранный Посмотреть САПР чертеж готовой формы сборки для интравагинального измерительным устройством. Жидкий эластомер будет выведена на воротах и ​​заполнить полость формы перед впадением в сливной резервуар в верхней части. Вентиляционные отверстия, идущие от полости пресс-формы в сливном резервуаре тщательно разработаны в выравнивания частей пресс-формы в верхней части.

4. 1. Расставание линии, как правило, выбирается таким образом, что создает двусторонние или радиальные симметрии. Они должны быть определены, чтобы избежать нависающих друг друга в направлении открывает пресс-формы, обеспечивая полностью отвержденную эластомерную дезаместитель внутри полости может быть удален из формы.
      1. Создать двустороннюю линию разъема, определив прямоугольную 2D эскиз в правой плоскости, которая проходит от нижней части чашеобразного геометрии в верхней части ручки зонда. Ширина прямоугольника должна превышать ширину конца в конец пресс-формы.
      2. Используйте функцию "Экструдированный Cut" на эскизе и указать разрез к отрицательной X-направлении, чтобы получить одну часть. Указание разрез по направлению к положительном направлении оси х с получением указанного в другую часть, образованную двусторонней линии разъема.
      3. Временно "Подавить" "Вытянутый вырез", которая была только что создали. Особенности могут быть подавлены или неподавленной, чтобы скрыть или показать их влияние на рабочий геометрии CAD. Селективный переключение из комбинации "Вытянутый вырез» или особенностей "Круговой Cut" в дальнейшем будут использованы для выделения каждого отдельного части формы.
      4. Создание радиально секСимметрично линии разъема изолировать отливок в чашеобразной части полости формы, определив 2D эскиз в правой плоскости. Одна сторона эскиза должны следовать оси ординат, а остальные ребра эскиза должны выходить за пресс-формы ребер в радиально-симметричной части литейной формы. Этот эскиз должен также иметь линии или кривые, которые прорезают внутренних областей в радиальном поперечном сечении чашеобразного геометрии, определение двух или более регионов в радиальном поперечном сечении, как показано на фиг.2С.
      5. Используйте функцию "Круговой Cut" на эскизе, выбрав конкретные регионы, определенные эскиза для удаления частей пресс-формы, которые не нужной в изолированной части. Неотобранные регионы эскиза останется, уступая нужную часть, после вращающейся резка завершена.
         Примечание: Если напрессовки желательно, раздвигая линии должны также обеспечить, чтобы на подложку компонент может быть легко установлен в форме предварительно Injectioн, а также извлекают из формы после отверждения.
   2. Определить сквозные отверстия для формы либо с помощью функции "Отверстие под крепеж" или определяя круговые 2D эскизы в плоскостях, нормальных к поверхности, а затем применяя "Вытянутый вырез", чтобы те эскизов (рис. 5 и 6). Создание сквозных отверстий с помощью стандартного размера сквозное отверстие, которое соответствует стандартному размеру резьбовой стержень или винта используется.
5. Определите ворота в форме либо с помощью функции "Мастер отверстия" или путем определения 2D эскизы в плоскостях нормальные к поверхности, а затем применяя "Вытянутый вырез", чтобы те эскизов (рис. 5 и 6). Ворота обеспечивает точку входа для эластомер, который будет введен в полость пресс-формы и, как правило, должны быть расположены в нижней части полости литейной формы.
6. Определите один или несколько отверстий в мессть, либо используя функцию "Отверстие под крепеж" или путем определения 2D эскизы в плоскостях, нормальных к поверхности, а затем применяя "Вытянутый вырез", чтобы те эскизов (рис. 5 и 6). Вентиляционные отверстия позволяют избыток эластомер вытечь из полости формы, когда он будет полностью заполнена, чтобы избежать повышения давления. Обычно лучшее место для размещения вентиляционного рядом с верхней части формы в области, которая приводит к пустой резервуар, чтобы переполнения эластомера к бассейну.
7. Убедитесь, что толщина стенки везде в форме, по крайней мере 1-1,5 см, если ABS пластик используется для пресс-форм. Стены должны быть достаточно жесткими, чтобы они не существенно деформировать или свернуть когда отливок под сжимающих напряжений от винтов и резьбовых стержней.
   Примечание: Сверхнормативный толщину стенки или не несущие нагрузку опорные стены может быть удалена при желании ускорить 3D печать из отливок. Дополнительно, тонкие стены и добавки из растиион выдолбленные секциях будет уменьшить общее количество используемого материала и связанный с ним стоимость этого материала. Знайте, что некоторые FDM принтеры будут делать это по умолчанию и может оказаться ослабить стены более, чем хотелось бы.
8. Для каждого формы кусок, который желательно, подавить или отменить погашение соответствующего "Вытянутый вырез" или особенности "Круговой вырезать", чтобы изолировать, что определенную часть формы. Сохранить каждая форма кусок как. Файл STL или файл-типа, совместимого с используется 3D-принтер. Убедитесь, что выбран нужный разрешение сетки.
9. Загрузите. Файлы STL в 3D-принтер. Печать отливок и ждать, пока работа не будет завершена.
10. Удалите вспомогательные материалы на отливок после завершения печати.
    Примечание: 3D принтеры различаются по своей разрешением печати с FDM-печатные части, обычно имеющий хуже разрешение, чем SLA-печатных частей. Шероховатость поверхности может быть уменьшена после часть была 3D напечатаны либо путем шлифования илилегкой химической обработки растворения, как описано в разделе обсуждения.

2. Формы сборки

1. Привести отливок вместе, чтобы сформировать полость формы, совместив сквозных отверстий. Слайд резьбовые шпильки или винты в сквозные отверстия.
   1. Необязательно: Если многокомпонентного формования, позиционировать компоненты для формовать поверх в полость пресс-формы при сборке пресс-формы куски (рис. 7). Если есть опасение, из подвижных компонентов на подложку в полости во время инъекции эластомера, небольшое количество клея силикона RTV может быть использован для временного и слабо обеспечить компонент на внутренней стороне полости пресс-формы. Подождите 15 минут для клея силикона RTV вылечить.

Рисунок 7. Выравнивание на подложку компонентов. А) </ STRONG> Частично собраны формы с изображением выравнивание двух труб из нержавеющей стали, небольшой печатной плате и шесть электродов в полость пресс-формы. Позиционирование отливок в верхней части пресс-формы вместе с инвагинации в пресс-форме физически ограничить движение всех компонентов во время инъекции эластомера. B) увеличить вид нижней части выравнивания компонентов вблизи пресс-формы.

2. Обеспечение твердое сжатие на литейных формах с использованием гайки на каждом конце резьбовыми стержнями. Второй гайка на каждом конце обеспечит орехи закреплены на месте и не преждевременно ослабить. При использовании пластиковых форм гарантировать, что орехи являются твердо на месте, но не затягивать слишком туго, чтобы избежать появления плесени деформации.
3. Дополнительно: Печать пробелы с силиконовой RTV и ждать 15 минут, чтобы вылечить. Это необходимо только если ниже разрешения плесени, такие как те, которые с помощью FDM используются. Общество с ограниченной разрешение и бедные допуски на линий разъема пресс-формы может создать unwanted пробелы. Кроме того, поверхность сглаживания, как описано в разделе обсуждения могут быть использованы для улучшения установку разделительных линий.
4. Необязательно: Примените плесени попадания в полость пресс-формы, чтобы сделать извлечения из формы легче. Тем не менее, эта воля пальто окончательного устройства с химикатами смазки для форм.
5. Создание бегуна или литник вести в формовочную ворот.
   1. Вставьте Luer-Lock адаптер колючка к мужчине в воротах полости формы. Убедитесь, плотную посадку.
   2. Подключите к НКТ с колючей-женщина Luer-Lock адаптеров на каждом конце. Подвергается женский Luer-Lock адаптер на дистальном конце трубки, в конечном счете адаптироваться к 50 мл шприц с наконечником мужского Luer-Lock.

3. Инъекции палата

1. Инъекция камера представляет собой изменение вне-шельфа эксикатор и должны быть созданы до эластомера смешивания с рабочего времени двух частей эластомеров после смешивания ограничено. Рисунок 8 изображает использованиевпрыска камера в процессе инъекции.

Рисунок 8. Резина впрыска Процесс. Анимация, что сначала изображает изменения в стандартной лабораторной сушилке, чтобы создать впрыска камеру, а затем изображает манипуляции давления, чтобы инъекционные жидкости эластомер из шприца в форму. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть это видео.

Фиг.9 представляет собой схематический который описывает, как модифицировать эксикаторе, чтобы создать завершенное камеры впрыска.

Рисунок 9. CRесть камеры впрыска. Injection палату после модификации эксикатор завершена. Соответствующие шаги в процедуре помечены на рисунке.

См. рисунок 10С & 10D для камеры впрыска, используемого для изготовления внутривлагалищного зонд.

1. 1. Просверлите два отверстия в верхней крышке эксикатор крышки стенки камеры.
   2. В обоих отверстий установить вакуум номинальный через стенки фитинга трубы, которая пересекает осушитель крышки стену и создает уплотнение.
      Примечание: ленты использования ПТФЭ или любой другой тип трубы герметика на компонентах с фитинговых соединений труб для обеспечения герметичные уплотнения. Используйте Трубные крепления на любых колючей трубка Адаптеры / арматуры для усиления герметичности и предотвращения трубки от скольжения.
   3. Установите манометр вакуума на внешней стороне крышки для мониторинга давления в камере. Это достигается путем подключения вакуумметр к одной из стенок через фитингов с вакуумными номинальной рIPE арматура.
   4. Установите пневматический шприц адаптер на внутренней стороне крышки на другом через стену фитинг. Это достигается за счет подключения адаптера шприца к через стенки трубопроводной арматуры с номинальной вакуум трубы и фитинги труб.
   5. С внешней стороны одного и того же патрубок через стенки, которая имеет прилагаемый пневматический адаптер шприца, подключите вакуумный номинальный Тройник фитинг. На одной ветви теэ трубопроводной арматуры, подключить датчик вакуума / давления соединение для контроля давления нагнетающим линии. С другой отрасли, подключить вакуум номинальный трехстороннюю L-клапан.
   6. Подключите один филиал трехходового L-клапана на длину трубки приводит к положительным источником давления воздуха с помощью Трубопроводная арматура. Оставьте другой филиал трехходового L-клапана, не связанного на данный момент.
   7. Большинство эксикаторы имеют встроенный трехходовой Т-клапан на стенки камеры. Добавить трубки подключения одной ветви этого клапана, чтобыТройник фитинг. Другая ветвь клапана остаются не подключенными и подвергаются в атмосферу в целях вентиляции давление в камере.
   8. Подключите один филиал фитинга тройника трубки на длину трубки, подключенной к источнику вакуума. Подключите другой филиал тройник трубы фитинг в открытое трехходовым L-клапана отрасли со стадии 3.1.5 с помощью трубки определенной длины и вакуумной номинальной Трубопроводная арматура.

4. Резина Смешивание

1. Определите примерный объем эластомера желаемого путем изучения громкость мастер файла САПР формы. Увеличение громкости на 5%, чтобы учесть потери эластомера при передаче между контейнерами на предстоящих шагов. Рассчитайте количество Части А и часть В эластомера необходимой на основе изготовителя предложил соотношение смешивания.
2. Наведите одноразовый пластиковый стаканчик на весами и тары его. Налейте часть А и часть В эластомера в одноразовой пластис чашки. Любые красители или добавки следует добавить на этом этапе.
3. Закройте отверстие чашки, потянув полиэтиленовый пакет над ним и герметизации с 3-4 резинками.
4. Перемешивают в течение 2 мин с помощью центробежного смесителя, чтобы обеспечить однородное смешивание. Если значение дегазации доступен, смешать еще 1-2 мин от установки дегазации. Если центробежный смеситель не доступен, рука смешивание может быть использован, но может вводить больше воздуха в смеси.
5. Подготовьте эластомера инъекционный шприц с помощью женского Луера крышку, чтобы запечатать дно 50 мл шприц с наружной оконечности Luer-Lock. Закрепите печать с парафильмом и 1 резинку.
6. Перенести эластомер из пластикового стаканчика в Luer-Lock шприц 50 мл. Если эластомер цепляется на стенах пластиковый стаканчик, использовать широкие мазки подметать остаточного эластомер, который цепляется на стенах пластиковый стаканчик. Избегать множество мелких штрихов, чтобы уменьшить введение воздуха в смесь.
7. Opных: Дега эластомера после переноса в шприц в центробежном смесителе. Это может помочь ускорить процесс дегазации, описанный в шаге 3.8.
   1. Закройте открытую заднюю часть 50 мл Luer-Lock шприца парафильмом и резинкой.
   2. Смешайте с дегазации, устанавливающих в течение 30 сек, чтобы ускорить процесс дегазации.
      Примечание: Центробежные смесители не может иметь адаптер, подходящий для проведения 50 мл шприцев. Этот шаг может потребовать дизайн пользовательского адаптера для центробежного смесителя, который может быть сделано в CAD и 3D печать.
   3. После завершения, удалите парафильмом и резинку на задней стороне шприца.
8. Поместите шприц с задней открытой в эксикаторе и дегазации в течение приблизительно 30 мин или до пузырьки в эластомера устранены. Позаботьтесь, чтобы рассмотреть рабочее время эластомера используемого; нижние эластомеры вязкости также дегазации быстрее. Затем снимите шприц из эксикаторе.
9. Поместите поршень шприца в задней шприца в то время как удаление захваченного воздуха.

Рисунок 10. Резина Смешивание и впрыска. A) После того как жидкость эластомер смешивают и дегазируют, поршень шприца вставлен в шприц. Воздух между плунжером и эластомера удаляется с помощью иглы шприца как плунжер вставлен. B) шприц с эластомера прикреплена к пресс-форме в воротах через Luer-Lock муфт. С) камеры впрыска представляет собой модифицированный эксикатор, который может генерировать по меньшей мере 40-50 фунтов на квадратный дюйм давления на поршень шприца с помощью вакуума и подачи положительного давления воздуха. D) пресс-формы после инжекции эластомера с использованием камеры впрыска.

9. 1. Поместите иглу шприца резкое стороной вниз вдоль стенки шприца, не касаясь эластомера внутри него. Поместите поршень шприца в шприц с задней, позволяя игла шприца выпустить воздух, находящийся между поршень шприца и эластомера (рис. 10, а).
   2. Advance иглу шприца и поршень шприца мере необходимости, пока нет видимого столбца воздуха между поршень шприца и эластомера. Это приемлемо, если небольшие количества эластомера проникнуть мимо уплотнительной кромки плунжера.
   3. Снимите иглу шприца.

5. Резина впрыска

1. Снимите женский Luer-Lock колпачок на шприц, содержащий эластомера, готовой для инъекции и подключите мужской Луера шприц наконечник к открытой женской Луера адаптера на собранном форму (рис. 10, б).
2. Закрепить пневматический шприц адаптер на задней стороне шприца на 50 мл с наружной лунаконечник эр-замок.
3. Наведите как плесень и прилагаемый шприц в камеры впрыска. На данный момент, инъекция камера должна быть похожа на Рисунок 11.

Рисунок 11 резина для инъекций:.. Начиная камеры впрыска изображен в начале процесса впрыска жидкого каучука эластомера. Обе стороны поршень шприца подвергаются давлению окружающей среды.

4. Поместите крышку на камеры впрыска, обеспечивая герметичное уплотнение формируется.
5. Потяните всю систему в камеры впрыска в вакууме.

Рисунок 12. РезинаРаствор для инъекций:. Ближний Закрытие 3-ходового клапана в нижней части установки уплотнения камеры впрыска и позволяет обе стороны поршень шприца потянуться к отрицательным давлением.

5. 1. Поверните оба трехходовых клапанов впрыска камеры таким образом, чтобы источник вакуума непрерывно с эксикатора камеры и воздушного столба за поршень шприца.
   2. Медленно потяните вакуум примерно до -14.5 пси не будет достигнута (рис. 12). Оставьте вакуум на поддержание этого давления. Удаление воздуха позволит предотвратить накопление пузырьков в полости литейной формы и снизить пустот внутри эластомерной устройства.
6. Нажмите положительное давление на задней стороне поршень шприца.

. Рисунок 13 резина для инъекций:Конец. Поворот 2-ходовым клапаном в верхней части установки позволяет применение положительного давления воздуха за поршень шприца, создавая по крайней мере 40-50 фунтов на квадратный дюйм.

6. 1. Поверните трехстороннюю L-клапан сломать преемственность между источником вакуума в процессе установления соединения между положительным подачи воздуха под давлением и с задней стороны поршень шприца.
   2. Постепенно наращивать положительное давление от подачи воздуха по крайней мере до 25-35 фунтов на квадратный дюйм не будет достигнута (Рисунок 13). Более высокие давления возможны в зависимости от силы соединений труб, используемых на впрыск камеры аппарата.
   3. Подождите, пока поршень шприца не достигла дна шприца или пока эластомера не вытекает из пресс-формы отверстия. Они указывают впрыска завершена.
7. Возврат камеры впрыска обратно до атмосферного давления.
   1. Выключите вакуум и положительные поставки давления воздуха.
   2. Постепенно превратитьтрехходовой L-клапан, соединенный с воздушным приводом адаптер шприца назад, так он закрыт для подачи воздуха и открыт для источника вакуума. Это должно излить всю положительное давление.
   3. Поверните трехстороннюю T-клапан, чтобы выразить остаточное давление в камере до атмосферного давления.
8. Снимите форму и подготовиться к эластомера отверждения.
   1. Откройте камеру и удалить плесень.
   2. Отсоедините воздушный управлением шприц адаптер от задней части шприца.
   3. Снять шприц, а также трубку с двумя колючка-женщина Luer-Lock адаптеров.
   4. Наведите женский Luer-Lock колпачок на открытой мужской конец адаптера колючка к мужчине Luer-Lock, который прилагается к пресс-формы ворот, чтобы предотвратить эластомер вытекание из полости пресс-формы.

6. Резина отверждения и извлечения отливки из формы

1. Поместите форму в духовку с контролируемой температурой и вылечить эластомера. Проконсультируйтесь спецификации производителя эластомеров в гetermine время отверждения и температуры. Силикон смесь для интравагинального зонда в примере, отверждают при 70 ° С в течение 5 час.
2. После того, как эластомер вылечить, удалить плесень из духовки.
3. Выемки полностью вылечить эластомера устройство.
   1. Снимите гайки и резьбовые шпильки или винты из формы.
   2. Необязательно: Если силикон RTV Клей используется для герметизации пробелов на распутье краев, использовать скальпель, чтобы мягко нарезать клея силикона RTV так Расставание края могут быть разделены.
   3. Используйте скальпель, чтобы срезать и отделить устройство от дополнительной эластомера в воротах или вентиляционных отверстий. Используйте скальпель, чтобы срезать любую вспышку, которая может образоваться на распутье краям плесени.
4. Очистите формы с салфетки и неразрушающего растворителей, таких как изопропиловый спирт.

Результаты

Форма и интравагинального зонд на рисунках 14 и 15 показано, репрезентативные результаты процедуры, представленной в этой статье.

Рисунок 14. Полностью Собранный...

Обсуждение

Из всех шагов, описанных, конструкция формы является наиболее важным для успеха. Мастер формы должны быть созданы как твердое тело с внешними геометрий, равных конечного устройства. Эти геометрии должны быть скорректированы для учета любых усадки материала в связи с выбранной эластом?...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
ABS Model Material	Stratasys	P430	Model Material for uPrint Plus SE (Step: Mold Design & Production)
Soluble Support Material	Stratasys	SR-30	Support Material for uPrint Plus SE (Step: Mold Design & Production)
Underwater Silicone Sealant, 2.8 Oz Tube, Clear	McMaster-Carr Supply Company	7327A21	Silicone RTV for sealing gaps at mold parting lines (Step: Mold Assembly)
Tubing, 1/8" ID, 1/4" OD, 1/16" Wall Thickness, Ultra-chemical-resistant Tygon PVC, Clear	McMaster-Carr Supply Company	5046K11	Forms runner/sprue adapter between mold and syringe with elastomer (Step: Elastomer Mixing)
Coupling, Adapter, Straight, Male Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K123	Connect runner/sprue between mold and syringe with elastomer (Step: Elastomer Mixing)
Coupling, Adapter, Staight, Female Quick-turn (Luer lock) X 1/8" Tube Barb, Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K213	Connect runner/sprue between mold and syringe with elastomer (Step: Elastomer Mixing)
Cap, Female Quick-turn (Luer lock), Nylon	McMaster-Carr Supply Company	51525K315	Cap to prevent silicone from leaking out of mold after injection (Step: Elastomer Mixing)
Liquid Silicone Rubber (LSR) 30 - 10:1, Implant Grade	Applied Silicone Corporation	PN40029	Substitute with the elastomer of your choice.  This is the one used for the intravaginal probe (Step: Elastomer Mixing)
Syringes (BD), 1 ml Slip-Tip, non-sterile clean, bulk	Cole-Parmer	WU-07945-00	Syringes for transfering elastomer material (Step: Elastomer Mixing)
Syringes (BD), 1 ml Slip-Tip, non-sterile clean, bulk	Cole-Parmer	WU-07945-04	Syringes for transfering elastomer material (Step: Elastomer Mixing)
Syringe, 20 ml, Open Bore, Solid Ring Plunger and Grip	Qosina Corporation	C1200	Syringes for transfering elastomer material.  Open bore is used for very viscous elastomers. (Step: Elastomer Mixing)
Needle (BD), Non-sterile Clean with Shields, 18 G x 1.5" Lg., Stainless Steel, BD Bulk	Cole-Parmer	WU-07945-76	Used for removing air column between syringe plunger and elastomer (Step: Elastomer Mixing)
Plastic Cups, 12 Oz., Clear	Safeway	N/A	Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing)
Polyethylene Bag, Open-Top, Flat, 5" Width x 6" Height, 2-MIL Thk.	McMaster-Carr Supply Company	1928T68	Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing)
Rubber Band, Latex Free, Orange, Size 64, 3-1/2" L x 1/4" W	McMaster-Carr Supply Company	12205T96	Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing)
Parafilm Wrap, 4" W	Cole-Parmer	EW-06720-40	Used for mixing silicone in THINKY Mixer (Step: Elastomer Mixing)
Syringe Barrels with Stoppers, Luer Lock, Air Operated,  50 ml	EWD Solutions	JEN-JG50A-15	Smaller syringes can be used if less elastomer is required, but make sure it is compatible with Air Operated Syringe Adapter in injection chamber (Step: Elastomer Mixing)
Sealant Tape, Pipe Thread, 50' Lg x 1/4" W, 0.0028" Thk, 0.5 G/CC Specific Gravity	McMaster-Carr Supply Company	4591K11	Teflon Tape for air-tight seals around at threads (Step: Elastomer Injection)
Scalpel Blades, Disposable, No. 22	VWR	21909-646	Used for cutting tubing and demolding (Step: Curing & Demolding)
Kimwipes	VWR	21903-005	(Step: Curing & Demolding)
2-Propanol, J. T. Baker	VWR	JT9334-3	(Step: Curing & Demolding)
uPrint Plus SE 3D Printer	Stratasys	uPrint Plus SE	Other 3D printers can be used (Step: Mold Design & Production)
Screw, Cap, Hex Head,  1/4"-28 , 2-1/2" Lg, 18-8 Stainless Steel	McMaster-Carr Supply Company	92198A115	Screws used with nuts to compress mold (Step: Mold Assembly)
Nut, Hex, 1/4"-28, 7/16" Wd, 7/32" Height, 18-8 Stainless Steel	McMaster-Carr Supply Company	91845A105	Screws used with nuts to compress mold (Step: Mold Assembly)
Stud, Fully Threaded, 1/4"-28, 1" Lg, 18-8 Stainless Steel	McMaster-Carr Supply Company	95412A567	Threaded-rods can be cut to desired length and are used with nutes to compress mold (Step: Mold Assembly)
Planetary Centrifugal Mixer	THINKY USA Inc.	ARE-310	Mixers are strongly recommended for fine mixing and to reduce degassing time, but hand mixing is fine (Step: Elastomer Mixing)
Laboratory Weigh Scale	Mettler-Toledo International Inc.	EL602	(Step: Elastomer Mixing)
Desiccant Vacuum Canister, Reusable,  10-3/4" OD	McMaster-Carr Supply Company	2204K7	This desiccator is used for degassing the elastomer (Step: Elastomer Mixing)
Custom 3D-Printed Mixer-to-Cup Adapter	N/A	N/A	Modeled in Solidworks CAD and 3D printed (Step: Elastomer Mixing)
Tubing, Smooth Bore, 1/4" ID, 1/2" OD, 1/8" Wall Thickness, High Purity Tygon PVC, Clear	McMaster-Carr Supply Company	5624K51	Tubing outside of Desiccator (Step: Elastomer Injection)
Tubing, Smooth Bore, 3/8" ID, 5/8" OD, 1/8" Wall Thickness, High Purity Tygon PVC, Clear	McMaster-Carr Supply Company	5624K52	Tubing to adapt to Air/Vacuum Supply (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Reducer, Straight, Vacuum Barb 3/8" Tube ID X Vacuum Barb 1/4" Tube ID, Brass	McMaster-Carr Supply Company	44555K188	Adapt Tubing outside Desiccator to Tubing leading to Air/Vacuum Supply (Step: Elastomer Injection)
Clamp, Hose & Tube, Worm-Drive, for 7/32" to 5/8" OD tube, 5/16" Wd., 316 SS	McMaster-Carr Supply Company	5011T141	Used on tubing to create Air/Vacuum-tight seal at junctions (Step: Elastomer Injection)
Clamp, Hose, Smooth-Band Worm-Drive, for 1/2" to 3/4" OD tube, 3/8" Wd., 304 SS	McMaster-Carr Supply Company	5574K13	Used on tubing to create Air/Vacuum-tight seal at junctions (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Tee, Vacuum Barb 1/4" Tube ID, Brass	McMaster-Carr Supply Company	44555K138	Tee Junction between Vacuum, Three-way T-valve on Desiccator, and Three-way L-valve (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Tee, 1/4 NPT Female X Female X Male, Brass	McMaster-Carr Supply Company	50785K222	Tee Junction between Pressure Gauge, Chamber, and Three-way L-valve (Step: Elastomer Injection)
Valve, Ball, Straight, T-Handle, 1/4 NPT Female X Male, Brass	McMaster-Carr Supply Company	4082T42	Three-way L-valve (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Adapter, Straight, Vacuum Barb 1/4" ID Tube X 1/4 NPT Male, Brass	McMaster-Carr Supply Company	44555K132	Adapter for Three-way L-valve-to-Tubing (Step: Elastomer Injection)
Saw, Hole, Bimetal. 1-3/8" OD, 1-1/2" Cutting Depth	McMaster-Carr Supply Company	4066A25	Used to cut holes in Desiccator for throughwall fittings (Step: Elastomer Injection)
Arbor, 9/16" to 1-3/16" Saw, 1/4" Hex	McMaster-Carr Supply Company	4066A76	Used to cut holes in Desiccator for throughwall fittings (Step: Elastomer Injection)
Arbor Adapter for 1-1/4" Thru 6" Dia Hole Saws	McMaster-Carr Supply Company	4066A77	Used to cut holes in Desiccator for throughwall fittings (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Straight, Through-Wall, 1/2 NPT Female, Polypropylene	McMaster-Carr Supply Company	36895K141	Throughwall fittings leading to Pressure/Vacuum Gauges (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Adapter, Straight, Reducing,  Bushing, Hex, 1/2 NPT Male X 1/4 NPT Female, Brass	McMaster-Carr Supply Company	4429K422	Reducing tube diameter inside the Desiccator to adapt to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Adapter, Straight, Reducing, Bushing, Hex, 1/4 NPT Male X 1/8 NPT Female, Brass	McMaster-Carr Supply Company	4757T91	Reducing tube diameter inside the Desiccator to adapt to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection)
Coupling, Adapter, Straight, Vacuum Barb 1/4" ID Tube X 1/8 NPT Female, Brass	McMaster-Carr Supply Company	44555K124	Reducing tube diameter inside the Desiccator to adapt to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection)
Syringe Adapters, Air Operated, 30/50 ml	EWD Solutions	JEN-JG30A-X6	Air operated syringe adapter on the inside of the Desiccator; must be compatible with syringes used to hold elastomer (Step: Elastomer Injection)
Gauge, Dual-Scale Vacuum, 2-1/2" Dial, 1/4 NPT Male, Bottom Connector, 30" Hg-0, Steel Case	McMaster-Carr Supply Company	4002K11	Vacuum Gauge (Step: Elastomer Injection)
Gauge, Dual-Scale Vacuum and Compound, 3-1/2" Dial, 1/4 NPT Male, Center Back, 30" Hg-0, 100 PSI, Steel Case	McMaster-Carr Supply Company	4004K616	Pressure Gauge leading to Air-operated Syringe System (Step: Elastomer Injection)
Oven, Vacuum, Isotemp, Economy	Fisher Scientific	280A	Standard non-vacuum oven can be used (Step: Curing & Demolding)
Solidworks CAD	Dassault Systèmes	Solidworks Research Subscription	Other CAD Software can be used for mold master and mold design (Step: Mold Design & Production)