Applications du Carbon DLS dans l’industrie médicale

22 août 2023

08h00

Dans cet article, Xometry explorera la technologie d'impression 3D Carbon DLS et son rôle extrêmement bénéfique dans l'industrie médicale.

Les exigences technologiques de l’industrie médicale alimentent continuellement le développement de l’ingénierie médicale et des capacités de fabrication modernes. Des technologies de plus en plus avancées sont utilisées pour transformer des conceptions qui changent la vie en produits prêts à être consommés. L'une de ces technologies est la synthèse de lumière numérique au carbone (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 expliquera les avantages du passage à l’impression 3D carbone dans l’industrie médicale.

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

Impression - L'impression Carbon DLS 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. Mais c’est 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 lieu aux propriétés isotropes pour lesquelles les pièces imprimées avec la technologie Carbon DLS sont connues.

Particules de carbone DLS en cours de traitement

Durcissement - Lorsque le processus de formage est terminé et qu'elles sont sorties de la machine, les pièces fabriquées à partir de certains matériaux avancés ne sont pas complètement durcies. Ces pièces doivent subir un durcissement thermique supplémentaire dans un four avant de pouvoir acquérir toutes leurs propriétés mécaniques. La chaleur accélère la réticulation des chaînes polymères, ce qui donne lieu à des pièces extrêmement résistantes et résistantes.

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

Vue microscopique des matériaux anisotropes

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 construite en empilant des couches sur l’axe z. Les interfaces entre couches consécutives sont des points faibles où des fissures sont susceptibles de se développer et des défaillances finissent par se produire 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 sur 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 s'effectuer dans n'importe quelle direction.

Vue microscopique des matériaux isotropes

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 dans laquelle la charge est appliquée et les propriétés mesurées. Ce comportement du matériau/pièce est critique dans les produits soumis à des charges multidirectionnelles complexes. Peu de procédés d’impression 3D sont capables de créer des pièces isotropes. La technologie unique derrière Carbon DLS en fait l’un des très rares processus d’impression 3D capable de produire des pièces isotropes.

Carbon DLS est un procédé unique car il permet d'imprimer des matériaux élastomères dotés d'une résistance et d'une résilience semblables à celles du caoutchouc. Certains sont répertoriés ci-dessous.

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, un ou plusieurs d’entre eux 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 des préparations chirurgicales ou comme guides de test.