医療産業における Carbon DLS の応用

医療業界の技術需要は、医療工学と最新の製造能力の開発を継続的に促進しています。生活を一変させるデザインを消費者向けの製品に変えるために、ますます高度な技術が採用されています。これらの技術の 1 つは、Carbon Digital Light Synthesis (DLS) です。これは、ステレオリソグラフィー (SLA) またはデジタル光処理 (DLP) 分野で競合する材料を大幅に上回るエンジニアリング エラストマーで作られた部品の製造を可能にする 3D 印刷技術です。この記事では、医療業界でカーボン 3D プリントに切り替えるメリットについて説明します。

カーボン DLS とは?

Carbon DLS は、Continuous Liquid Interface Production の略である CLIP プロセスを利用します。 CLIP は以下の 2 つのステップで構成されます:

ステップ 1 – 印刷

カーボン DLS 印刷は、SLA 印刷に似ています。どちらも、樹脂のリザーバーと光投影システムを使用してソリッド パーツを作成するためです。しかし、これはそれらの間の類似点が終わるところです。カーボン DLS では、透過性スクリーンが使用され、酸素分子は通過できますが、液体ポリマーはバット内に保持されます。酸素は、スクリーンと液体界面の間にデッド ゾーンとして知られる微視的な境界層を形成します。この酸素層は、樹脂がスクリーン レベルで直接硬化するのを防ぎ、樹脂がデッド ゾーンに連続的に流れ込むことを可能にし、カーボン DLS 技術で印刷された部品で知られている等方性特性を生じさせます。

ステップ 2 – 硬化

成形プロセスが完了して機械から取り出されたとき、特定の高度な材料で作られた部品は完全には硬化していません。このような部品は、完全な機械的特性を得る前に、オーブンでさらに熱硬化する必要があります。熱はポリマー鎖の架橋を加速し、非常に弾力性があり丈夫な部品になります。

カーボン DLS マテリアル

医療業界で Carbon DLS 3D プリントが提供する利点を十分に理解するには、まず異方性と等方性の違いを明確にする必要があります。

異方性

異方性部品/材料の機械的特性は、異なる平面で測定すると異なります。 3D プリントされたパーツは、レイヤーごとに構築されているため、通常、本質的に異方性です。例として、z 軸にレイヤーを積み重ねて構築された FDM プリント パーツがあります。連続した層の間の界面は、パーツが z 軸に荷重を受けると亀裂が発生しやすく、最終的に破損が発生する弱点です。一方、x 軸と y 軸にはこれらの弱点がなく、これらの軸に負荷をかけても問題はありません。

したがって、パーツは、x 軸と y 軸に比べて z 軸で機械的に弱くなります。異方性は、医療産業向けに設計された部品には適切な特性ではありません。これらの部品は一般に、荷重があらゆる方向に発生する可能性がある複雑なアプリケーションで使用されるためです。

等方性

等方性部品/材料は、異方性の対応する部品とは異なり、すべての方向で測定したときに同じ特性を持ちます。それらの特性は、荷重が適用される方向と測定された特性に関係なく同じです。この材料/部品の挙動は、複雑な多方向荷重を受ける製品では重要です。等方性パーツを作成できる 3D プリント プロセスは多くありません。 Carbon DLS の背後にある独自の技術により、等方性部品を製造できる数少ない 3D プリント プロセスの 1 つになっています。

入手可能な素材は?

カーボン DLS は、ゴムのような強度と弾力性を持つエラストマー材料を印刷できる独自のプロセスです。一部を以下に示します。

• ウレタン メタクリレート (UMA 90) – この材料は、印刷後の熱硬化を必要としないため、標準の SLA 樹脂に似ています。

• 硬質ポリウレタン (RPU 70) – その靭性、強度、および耐熱性により、この材料は生産部品に最適です。

• 柔軟なポリウレタン (FPU 50) – この材料は、樹脂のポリウレタン範囲の柔軟な変形です。耐疲労性と靭性が向上します。

• シアン酸エステル (DLS CE 221) – これは、高温に対する優れた耐性を備えた硬質ポリマーです。また、高い強度と剛性も備えています。

• エポキシ (DLS EPX 82) – この硬質エポキシは優れた機械的特性を持ち、構造部品の印刷に最適です。

• シリコン (SIL 30) – このソフト シリコン ウレタンを医療業界で非常に人気のあるものにしている 1 つの特性は、その生体適合性です。また、耐引裂性にも優れています。

• エラストマー ポリウレタン (EPU 40) – この素材は、衝撃吸収と振動減衰の用途に適しています。

上記の材料は、幅広い引張強度、靭性、耐疲労性、耐摩耗性、およびその他の多くの望ましい特性を提供します。用途が何であれ、そのうちの 1 つまたは複数が適しています。これらの特性はいずれも、部品が通常高レベルの繰り返し荷重を受ける医療用途や、手術の準備や試験ガイドとして使用する際に高い精度が要求される医療用途に適しています。

医療産業におけるカーボン DLS 3D プリントの応用

アプリケーション #1 – ガイド/ツール

カーボン DLS は、外科医がドリルやその他の手術器具を正確に配置するのに役立つ部品を印刷できます。この印刷方法は高速で低コストであるため、患者のカスタム ガイドを MRI または 3D スキャンに基づいて印刷できます。このように、各パーツは患者の正確な体格に合わせてカスタムメイドされるため、手術の精度が向上し、リスクが軽減されます。

アプリケーション #2 – 外科的準備

複雑な手術に備えて、外科医は MRI や CT スキャンなどの患者データを分析することがよくあります。最新のカーボン 3D 印刷により、外科医は、スキャンに基づいて患者の臓器のフルスケールの表現を印刷することで、手術前に患者をよりよく研究できるようになりました。

アプリケーション #3 – プロテーゼ

カスタムおよび一般的な人工装具の作成は、医療業界におけるカーボン 3D プリンティングの最も一般的なアプリケーションの 1 つです。カスタムメイドの補綴物は、通常、従来の製造方法を使用して作成するにはかなりの費用がかかりました。一方、FDM やその他のレイヤーベースの印刷技術では、機械的に健全な部品を製造することはできません。しかし、カーボン DLS 印刷技術により、性能を向上させる適切な特性を備えた高品質のエンジニアリング グレードの材料から人工装具を安価に製造できるようになりました。

アプリケーション #4 – 補聴器

補聴器は、Carbon DLS の柔軟性から大きな恩恵を受けるもう 1 つの医療技術です。補聴器が適切に機能するには、患者の外耳道の形状に完全に一致する必要があります。 Carbon DLS は、患者の耳にフィットする高精度のプリントを作成できます。また、補聴器やその他の聴覚保護機器は、カーボン DLS 技術を使用してのみ印刷できる快適で柔らかいエラストマーから作ることができます。

アプリケーション #5 – プロトタイピング

医療工学は、製品を開発するための厳密な研究開発サイクルに依存しています。デザインのフィット感、形状、機能性を徹底的にテストするには、複数のプロトタイプを作成する必要があります。 Carbon DLS を使用すると、より安価な適切な材料を使用して、機能的なプロトタイプを迅速に製造できます。その後、同じプロセスを使用して最終製品を作成できます。

医療業界におけるカーボン DSL 3D プリント部品の使用について詳しく読む

結論

医療業界が高度なイノベーションを生み出し続けているため、これらのイノベーションを品質と機能性を損なうことなく迅速かつ安価に市場に投入するには、同様に高度な製造装置が必要です。医療業界でカーボン DLS 3D プリントを活用する方法の詳細については、Xometry の即時見積もりツールを利用して、医療機器の正確なコスト見積もりを取得してください。