Cómo Carbon DLS transforma la fabricación médica

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

¿Qué es Carbon DLS?

Carbon DLS utiliza el proceso CLIP, que significa Producción de Interfaz Líquida Continua. CLIP consta de 2 pasos como se describe a continuación:

Paso 1 – 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 terminan las similitudes. En Carbon DLS, se utiliza una pantalla permeable que permite el paso de moléculas de oxígeno pero mantiene el polímero líquido en la cubeta. 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 a nivel de la pantalla, permitiéndole fluir continuamente hacia la zona muerta y dando lugar a las propiedades isotrópicas por las que son conocidas las piezas impresas con tecnología Carbon DLS.

Paso 2 – Curado

Cuando el proceso de formación se completa y las piezas salen de la máquina, las piezas hechas de ciertos materiales avanzados no están completamente curadas. Dichas piezas deben someterse a un curado térmico adicional en un horno antes de adquirir sus propiedades mecánicas completas. El calor acelera el entrecruzamiento de las cadenas poliméricas, resultando en piezas extremadamente resistentes y tenaces.

Materiales Carbon DLS

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

Anisotropía

Las propiedades mecánicas de piezas/materiales anisotrópicos varían cuando se miden en diferentes planos. Las piezas impresas en 3D son típicamente anisotrópicas por naturaleza debido a su construcción capa por capa. Un ejemplo es una pieza impresa en 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 fallen finalmente si la pieza se carga en el eje z. En los ejes x e y, por otro lado, estos puntos débiles están ausentes, y la carga en estos ejes no resulta en problemas.

Por tanto, la pieza es mecánicamente más débil en su eje z, comparado 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 ocurrir en cualquier dirección.

Isotropía

Las piezas/materiales isotrópicos, a diferencia de sus contrapartes anisotrópicas, tienen las mismas propiedades cuando se miden en todas las direcciones. Sus propiedades son las mismas independientemente de la dirección en que se aplique la carga y se midan las propiedades. Este comportamiento de material/pieza es crítico en productos que reciben cargas complejas multidireccionales. No muchos procesos de impresión 3D son capaces de crear piezas isotrópicas. La tecnología única detrás de Carbon DLS la convierte en uno de los muy pocos procesos de impresión 3D que pueden producir piezas isotrópicas.

¿Qué materiales están disponibles?

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

• Metacrilato de Uretano (UMA 90) – Este material es similar a la resina SLA estándar ya que no requiere curado térmico post-impresión.
• Poliuretano Rígido (RPU 70) – Debido a su tenacidad, resistencia y resistencia al calor, este material es excelente para piezas de producción.
• Poliuretano Flexible (FPU 50) – Este material es una variante flexible de la gama de resinas de poliuretano. Proporciona resistencia adicional a la fatiga y tenacidad.
• Éster Cianato (DLS CE 221) – Este es un polímero rígido con una resistencia excepcional a altas temperaturas. También tiene alta resistencia y rigidez.
• Epoxi (DLS EPX 82) – Este epoxi rígido tiene propiedades mecánicas superb y es excelente para imprimir componentes estructurales.
• Silicona (SIL 30) – Una propiedad que hace que esta silicona uretano blanda sea muy buscada en la industria médica es su biocompatibilidad. También tiene buena resistencia al desgarro.
• Poliuretano Elastómero (EPU 40) – Este material sirve bien para aplicaciones de absorción de impactos y amortiguación de vibraciones.

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. Sea cual 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 les requiere proporcionar alta precisión cuando se emplean para preparaciones quirúrgicas o como guías de prueba.

Aplicaciones de la impresión 3D Carbon DLS en la industria médica

Aplicación #1 – Guías/Herramientas

Carbon DLS puede imprimir piezas que ayudan a los cirujanos a posicionar con precisión taladros y otros instrumentos quirúrgicos. La alta velocidad y bajo coste de este método de impresión permiten imprimir guías personalizadas para pacientes basadas en resonancias magnéticas o escaneos 3D. Así, cada pieza se fabrica a medida para la fisiología exacta del paciente, mejorando la precisión quirúrgica y reduciendo el riesgo.

Aplicación #2 – Preparación quirúrgica

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

Aplicación #3 – Prótesis

La creación de prótesis tanto personalizadas como genéricas es una de las aplicaciones más ubicuas de la impresión 3D de Carbon en la industria médica. Las prótesis personalizadas solían ser bastante costosas de crear usando 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, las prótesis ahora pueden producirse económicamente a partir de materiales de grado de ingeniería de alta calidad que poseen las propiedades adecuadas para aumentar su rendimiento.

Aplicación #4 – Audífonos

Los audífonos son otra tecnología médica que se beneficia inmensamente de la flexibilidad de Carbon DLS. Los audífonos necesitan coincidir perfectamente con la forma del conducto auditivo de un paciente para funcionar correctamente. Carbon DLS es capaz de producir impresiones altamente precisas que se ajustan al oído del paciente. Además, los audífonos y otros dispositivos de protección auditiva pueden fabricarse a partir de elastómeros más suaves y cómodos que solo pueden imprimirse usando tecnología Carbon DLS.

Aplicación #5 – Prototipado

La ingeniería médica depende de rigurosos ciclos de investigación y desarrollo para desarrollar un producto. Se necesitan múltiples prototipos para probar exhaustivamente el ajuste, forma y funcionalidad de un diseño. Usando Carbon DLS, puede usar materiales adecuados más baratos para fabricar rápidamente prototipos funcionales. El mismo proceso puede usarse luego para fabricar productos finales.

Lea más sobre el uso de piezas impresas en 3D Carbon DLS en la industria médica.

Conclusión

A medida que la industria médica continúa generando innovaciones avanzadas, se requiere equipo de fabricación igualmente avanzado para llevar estas innovaciones al mercado de forma rápida y barata sin comprometer la calidad y funcionalidad. Para aprender más sobre cómo aprovechar la impresión 3D Carbon DLS en la industria médica, utilice la herramienta de cotización instantánea de Xometry para obtener estimaciones de costes precisas para su dispositivo médico.