Aplicaciones de Carbon DLS en la industria médica

22 agosto 2023

08:00

En este artículo, Xometry explorará la tecnología de impresión 3D Carbon DLS y su papel inmensamente beneficioso en la industria médica.

Las demandas tecnológicas de la industria médica impulsan continuamente el desarrollo de la ingeniería médica y las capacidades de fabricación modernas. Se emplean tecnologías cada vez más avanzadas para convertir diseños que cambian vidas en productos listos para el consumidor. Una de estas tecnologías es Carbon Digital Light Synthesis (DLS), una tecnología de impresión 3D que permite la producción de piezas hechas de elastómeros de ingeniería que superan ampliamente a los materiales de la competencia en la esfera de la estereolitografía (SLA) o el procesamiento digital de luz (DLP). Este artículo explicará los beneficios de cambiar a la impresión 3D de carbono en la industria médica.

Carbon DLS utiliza el proceso CLIP, que significa producción continua de interfaz líquida. CLIP consta de 2 pasos como se describe a continuación:

Impresión: la impresión Carbon DLS es similar a la impresión SLA, ya que ambas implican el uso de un depósito de resina y un sistema de proyección de luz para producir piezas sólidas. Sin embargo, aquí es donde terminan las similitudes entre ellos. En Carbon DLS, se utiliza una pantalla permeable que permite el paso de las moléculas de oxígeno pero mantiene el polímero líquido en la tina. El oxígeno forma una capa límite microscópica entre la pantalla y la interfaz líquida conocida como zona muerta. Esta capa de oxígeno evita que la resina se cure directamente al nivel de la pantalla, lo que le permite fluir continuamente hacia la zona muerta y dar lugar a las propiedades isotrópicas por las que son conocidas las piezas impresas con la tecnología Carbon DLS.

Partículas de carbono DLS en proceso

Curado: cuando se completa el proceso de conformado y se sacan de la máquina, las piezas fabricadas con ciertos materiales avanzados no están completamente curadas. Estas piezas deben someterse a un curado térmico adicional en un horno antes de que puedan adquirir todas sus propiedades mecánicas. El calor acelera la reticulación de las cadenas de polímeros, lo que da como resultado piezas extremadamente resistentes y resistentes.

Para apreciar plenamente los beneficios que ofrece la impresión 3D Carbon DLS en la industria médica, primero debemos aclarar la diferencia entre anisotropía e isotropía.

Vista microscópica de materiales anisotrópicos.

Anisotropía: las propiedades mecánicas de las piezas/materiales anisotrópicos varían cuando se miden en diferentes planos. Las piezas impresas en 3D suelen ser de naturaleza anisotrópica debido a su construcción capa por capa. Un ejemplo es una pieza impresa FDM que se construye apilando capas en el eje z. Las interfaces entre capas consecutivas son puntos débiles donde es probable que se desarrollen grietas y, en última instancia, se produzcan fallas si la pieza se carga en el eje z. En cambio, en los ejes x e y estos puntos débiles están ausentes y la carga en estos ejes no genera ningún problema. Por lo tanto, la pieza es mecánicamente más débil en su eje z, en comparación con sus ejes x e y. La anisotropía no es una propiedad adecuada para piezas diseñadas para la industria médica, ya que estas piezas se emplean comúnmente en aplicaciones complejas en las que la carga puede tener lugar en cualquier dirección.

Vista microscópica de materiales isotrópicos.

Isotropía: las piezas/materiales isotrópicos, a diferencia de sus homólogos anisotrópicos, tienen las mismas propiedades cuando se miden en todas las direcciones. Sus propiedades son las mismas independientemente de en qué dirección se aplique la carga y de las propiedades medidas. Este comportamiento del material/pieza es fundamental en productos que reciben cargas multidireccionales complejas. No hay muchos procesos de impresión 3D capaces de crear piezas isotrópicas. La tecnología única detrás de Carbon DLS lo convierte en uno de los pocos procesos de impresión 3D que puede producir piezas isotrópicas.

Carbon DLS es un proceso único ya que puede imprimir materiales elastoméricos con resistencia y resiliencia similares a las del caucho. Algunos se enumeran a continuación.

Los materiales anteriores proporcionan una amplia gama de resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga, resistencia a la abrasión y muchas otras propiedades deseables. Cualquiera que sea la aplicación, uno o más de ellos serán adecuados. Cada una de estas propiedades es deseable para aplicaciones médicas donde las piezas suelen pasar por altos niveles de carga cíclica o se requiere que proporcionen una alta precisión cuando se emplean para preparaciones quirúrgicas o como guías de prueba.

La impresión 3D Carbon DLS y sus materiales compatibles tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria médica.

Aplicación n.º 1: guías/herramientas

Carbon DLS puede imprimir piezas que ayudan a los cirujanos a colocar con precisión fresas y otros implementos quirúrgicos. La alta velocidad y el bajo costo de este método de impresión permiten imprimir guías personalizadas de pacientes basadas en resonancias magnéticas o escaneos 3D realizados. De esta manera, cada pieza se fabrica a la medida del físico exacto del paciente, mejorando así la precisión quirúrgica y reduciendo el riesgo.

Aplicación #2 - Preparación quirúrgica

Para prepararse para cirugías complejas, los cirujanos suelen analizar datos de los pacientes, como resonancias magnéticas o tomografías computarizadas. La impresión 3D de carbono moderna ha permitido a los cirujanos estudiar mucho mejor a un paciente antes de la cirugía al imprimir representaciones a escala real de los órganos del paciente basadas en esos escaneos.

Aplicación n.º 3: Prótesis

La creación de prótesis genéricas y personalizadas es una de las aplicaciones más omnipresentes de la impresión 3D de carbono en la industria médica. Las prótesis hechas a medida solían ser bastante caras de crear utilizando métodos de fabricación tradicionales. Por otro lado, FDM y otras tecnologías de impresión basadas en capas son incapaces de producir piezas mecánicamente sólidas. Sin embargo, con la tecnología de impresión Carbon DLS, ahora se pueden producir prótesis de forma económica a partir de materiales de ingeniería de alta calidad que poseen las propiedades adecuadas para aumentar su rendimiento.

Aplicación n.º 4: audífonos

Los audífonos son otra tecnología médica que se beneficia enormemente de la flexibilidad de Carbon DLS. Los audífonos deben adaptarse perfectamente a la forma del canal auditivo del paciente para funcionar correctamente. Carbon DLS es capaz de producir impresiones de alta precisión que caben en el oído del paciente. Además, los audífonos y otros dispositivos de protección auditiva se pueden fabricar con elastómeros más suaves y cómodos que solo se pueden imprimir con tecnología de carbono DLS.

Aplicación n.º 5: creación de prototipos

La ingeniería médica depende de rigurosos ciclos de investigación y desarrollo para desarrollar un producto. Es necesario crear múltiples prototipos para probar minuciosamente el ajuste, la forma y la funcionalidad de un diseño. Con Carbon DLS, puede utilizar materiales adecuados más económicos para fabricar rápidamente prototipos funcionales. Luego se puede utilizar el mismo proceso para fabricar productos finales.

A medida que la industria médica continúa generando innovaciones avanzadas, se requieren equipos de fabricación igualmente avanzados para llevar estas innovaciones al mercado de forma rápida y económica sin comprometer la calidad y la funcionalidad. Para obtener más información sobre cómo aprovechar la impresión 3D de carbono en la industria médica, utilice la herramienta de cotización instantánea de Xometry para obtener estimaciones precisas de los costos de su dispositivo médico.

22 agosto 2023

08:00