Автоматизированная постобработка полиамида: новый подход к 3D-производству медицинских изделий

Полиамид отлично подходит для создания ортопедических изделий, в том числе серийным методом. Однако при печати полиамидом возникает проблема, сужающая сферу ее применения. Она объясняется особенностями технологии: модель формируется путем точечного спекания частиц порошка между собой. В результате готовое изделие имеет шероховатую поверхность, которая сильно пачкается, сложно моется, впитывает жидкости и имеет недостаточные механические свойства. Для достижения требуемых характеристик модели требуется ее постобработка. 

Существовавшие ранее методы обработки занимали до 70% времени, затраченного на весь процесс аддитивного производства. Большая часть их этапов осуществлялась вручную. Все это осложняло использование данного метода печати.   

Технология PostPro выводит 3D-производство на новый уровень 

Решением стала постобработка по технологии АМТ. В 2019 году компания презентовала установку PostPro для автоматического сглаживания и герметизации поверхностей специальным раствором. Она позволила добиться качества изделий, аналогичного литью под давлением. 

В 2021 году компания выпустила модернизированную установку PostPro SF50 с камерой обработки на 50 литров. Также на рынок вышли две версии для массового производства еще большего размера, на 100 и 150 литров. Главным нововведением стало отсутствие чиллера, который использовался для образования конденсата на изделиях и охлаждения установки. Чиллер имел большой расход электроэнергии и занимал много места. Обновленные установки получили более дружелюбный интерфейс и позволили обеспечить лучшее качество поверхности и стабильность процесса.

Благодаря использованию метода автоматического сглаживания удалось добиться значительного совершенствования механических характеристик напечатанных изделий.​

Относительное удлинение при разрыве для обработанных образцов составило порядка 355% по сравнению с 93% – для необработанных. Таким образом, технология позволила улучшить данный показатель почти в три с половиной раза. 

Сравнение относительного удлинения при разрыве (%) для деталей из полипропилена, произведенных методом методом SLS-печати, до и после обработки

Улучшение также зафиксировано при сопоставлении значений напряжения при разрыве. Обработанные образцы продемонстрировали средний показатель 19 МПа, а необработанные – 13 МПа.

Предел прочности (МПа) для деталей из полипропилена, произведенных методом SLS-печати, до и после обработки

Наблюдалось небольшое увеличение предела прочности на растяжение у обработанных деталей, в то время как модуль Юнга не показал каких-либо существенных изменений. 

Указанные параметры имеют большое значение при производстве протезов, о котором мы хотим рассказать.

Влияние PostPro на механические свойства и комфортность напечатанных протезов

Компания, специализирующаяся на 3D-печати искусственных конечностей, изготовила для пациента протез бедра по технологии SLS. Протез адаптировали под сложную форму культи: из-за перенесенной реампутации имелись определенные трудности при создании подходящей лунки. Однако он все еще оставался недостаточно удобным. 

Мужчина планировал продолжать занятия велоспортом и футболом. Но протез после ручной полировки не соответствовал бы необходимым характеристикам прочности. Кроме того, обработанный таким образом протез невозможно качественно промыть из-за пористой структуры. В результате чего на его поверхности создается идеальная среда для размножения бактерий.

Печать протеза для пациента осложнялось сложной формой культи 

Для улучшения удобства, стабильности и долговечности изделия в компании применили систему химического сглаживания PostPro. Технология совместима с широким спектром полимеров и позволяет обрабатывать 3D-печатные изделия MJF, SLS, SAF и FDM.

Процесс постобработки проходил следующим образом. Протез поместили в эргономичную герметичную камеру, где использовалась запатентованная рабочая жидкость. Она подавалась в парообразном виде в систему с замкнутым контуром. Раствор оплавлял поверхность полимера, тем самым удаляя неровности, такие как места зарождения трещин. А также герметизировали изделие до получения требуемой гладкости.

В результате применения метода химического сглаживания удалось достигнуть следующих результатов.

• Повысилась прочность и долговечность за счет улучшения механических свойств протеза, таких как удлинение при разрыве. Кроме того, увеличилась гибкость внутреннего гнезда TPU, что обеспечило больший комфорт при использовании.
• Решилась проблема размножения бактерий. Воздействие специальным раствором позволило изолировать протез от проникновения жидкости. При физической нагрузке капли пота не проникали внутрь, а скатывались по стенкам. Также улучшилась стерильность: тесты демонстрируют  уменьшение количества бактерий на обработанной поверхности.
• Сохранились вес и точные размеры протеза. В процессе использования технологии PostPro происходит перераспределение материала по поверхности, а не удаление его, как при полировке. В результате изначальные характеристики изделия остаются неизменными. Это было особенно важно, поскольку протез имел сложную конфигурацию лунки для культи.
• Улучшился вид изделия. Ровная, гладкая поверхность позволила создать эстетически привлекательный облик искусственной конечности. 

Внешний вид протеза после обработки методом PostPro3D

По оценке пациента, прошедший обработку PostPro протез стал удобнее в носке. При этом он оказался прочным, гибким и достаточно устойчивым для привычных занятий спортом. 

Важно отметить, что изделия, которые подверглись процессу химического сглаживания, не проявляют цитотоксического эффекта и полностью соответствуют требованиям к медицинским изделиям и компонентам ISO 10993-5, ISO 10993-1 и ISO 10993-12. Поэтому они легко проходят сертификацию для медицинского применения.

Применение технологии PostPro в других отраслях 

Система финишной обработки поверхности PostPro3D успешно применяется и при изготовлении других сложных изделий. 

В авиационной промышленности ее используют при производстве элементов управления и обшивки летательных аппаратов. Постобработка запечатывает детали и исключает влагопоглощение. Особенно важно это для военного вертолетостроения, где аппараты не обладают герметичностью и подвержены высокой влажности внутри салона. 

Финишная обработка особенна важна при печати компонентов для авиационной техники. Фото: https://amtechnologies.com/industries

В электронной промышленности обработка PostPro незаменима при 3D-печати корпусов. Она обеспечивает герметичность, делая их непроницаемыми для воды и пыли.

 Постобработка корпусов электронных устройств обеспечивает их герметичность. Фото: https://amtechnologies.com/industries

В сфере FMCG постобработка позволяет расширить возможности производства. Благодаря ей улучшаются механические свойства конечных изделий, появляется возможность их мыть. Это особенно актуально при изготовлении очков, шлемов и ряда других товаров бытового назначения. 

Благодаря постобработке напечатанные на 3D-принтере изделия можно мыть. Фото: https://amtechnologies.com/industries

Таким образом, технология AMT PostPro3D является полностью автоматизированным, безопасным и экологически чистым способом финишной обработки. Она обеспечивает конкурентоспособную стоимость и скорость сглаживания поверхности изделий для крупносерийного производства. Технология успешно применяется во всех сферах промышленности и позволяет получать чистоту верхнего слоя с Ra менее 1 микрона.

Источник:

https://3dprintingindustry.com/news/amt-postpro-chemical-vapor-smoothing-proves-a-gamechanger-for-custom-3d-printed-prosthetics-205123.