凭借其3D打印技术可能拥有优势的3种方式2020-03-19
Carbon首席执行官约瑟夫·德西蒙(Joseph DeSimone)向TED观众描述其公司的3D打印技术的十分钟中,一个布基球状的3D打印模型全部从液态聚合物树脂池中升起。
2015年的盛会引起了广泛关注,因为它克服了人们对3D打印是一个缓慢而繁琐的过程的看法。从那时起,位于加利福尼亚州红木城的Carbon取得了长足的进步,包括今年早些时候的2亿美元融资,其中包括强生创新公司。

实际上,强生公司与Carbon有着超过两年的战略合作关系,以生产定制的骨科手术器械和其他医疗设备。

那么,Carbon的3D打印技术可能会更好吗?这对医疗设备意味着什么?

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FDA资深人士史蒂文·波拉克(Steven Pollack)于2015年加入Carbon,担任高级研究人员科学家,他认为Carbon的优势在于三大支柱:

1. Carbon弄清楚了如何使立体光刻工作
Carbon的历史可以追溯到北卡罗来纳大学教堂山分校,在那里DeSimone和他的同事试图克服3D打印的速度和质量问题。解决其他3D打印方法逐层乏味的一种潜在解决方案是通过立体光刻来创建零件,使用光将光固化树脂转换为固体。

“通过投影一系列图像,最终将其横截面从对象的底部移动到顶部,然后在您创建的上一个图像上放置下一个材质,即可做到这一点。这样做的最大缺点是,要么在制造零件时将很大一部分树脂压入零件中,要么将零件拿出的树脂池很浅。但是,您在后一个版本中就遇到了问题,即您的零件不断陷入困境。” Pollack在今年早些时候向医疗设计与外包部解释。

DeSimone和他的同事意识到,他们可以利用氧气阻碍聚合过程这一事实,而研究人员此前发现这种情况令人讨厌。

Pollack说,Carbon的原始知识产权包括在树脂容器底部的特殊窗口。窗户对紫外线透明,但对氧气也可渗透。碳的技术有意地将氧气驱入树脂池的最下部,将最初的30至40微米的氧气浸透,并形成一个“死区”,使之不发生聚合反应。

“因此,现在当您开始生长自己的零件时,就永远不会在窗口处生长它,而要在距它30微米处生长它。当您将零件从窗户上拉开以介绍该过程的下一步时,该零件就像泵一样,将新鲜的树脂吸入其中,从而稀释了氧气并使该材料聚合。” Pollack说。

据Pollack称,结果是快速打印,几乎没有或几乎没有对正在生长的零件产生机械影响。

“在我们的技术中,没有层次。如果您将一部分分成两半,您会发现它完全是单片的。…我们认为…在机械性能方面,它可与注塑零件媲美。在表面纹理方面,它可以与注塑成型零件媲美。” Pollack说。

2.使用有价值的材料
根据Pollack的说法,对于3D打印模型只能光化学硬化的聚合物,它们无法匹敌尼龙或弹性体的机械性能。当涉及到碳纤维机器上使用的几种仅紫外线树脂时,您可以获得“易于观察但机械强度不一定很好的零件”。

Carbon应对材料挑战的解决方案是转向使用多种热活化聚合物。

“如果需要的话,您可以使用构建过程来设置脚手架,该脚手架是通过光化学方法生成的,可以保持零件的形状和精度。拿走那部分,清除掉所有残留的树脂,然后烘烤,就好比拿掉一个扔在轮子上的瓷器(锅),放进炉子里烧掉第二种化学药品一样。… 这是同一件事。我们使用环氧化学,氰酸酯化学和氨基甲酸酯化学来创建第二个网络,该网络现在使零件具有真实的工程特性,” Pollack说。

“我们可以制造与注模聚氨酯,浇铸聚氨酯或注模尼龙等效的材料。”

3.软件驱动的3D打印技术
Carbon的工程副总裁Craig Carlson来自特斯拉汽车公司,当时他是软件和电气集成副总裁。“他来到Carbon的想法是,我们可以捕获打印机的制造和操作过程的每个细节,并将其捕获并整理,如果有人想了解零件的历史,这将非常重要,”波拉克说。

考虑有关零件出处,它来自什么树脂,在哪台印刷机上印刷,那一天的印刷机表现如何,特定层的特性的数据。

“我们捕获了这些数据的每一部分,并将其全部用于打印的每个部分。制造商可以使用它来创建数字主设备记录-制造设备记录。” Pollack说。

Carbon的打印机是通过Internet连接的,因此该公司能够收集性能信息并通过软件升级来不断改进机器。

“也就是说,我们还认识到医疗设备制造行业不喜欢每六周升级一次的软件,因为它们随后必须重新验证。因此,我们有一个模型,可以让我们从本质上锁定制造和生产的软件分支。” Pollack说。

制造商不拥有打印机;他们有订阅。

“他们将自己的知识产权放在防火墙的一边。我们看不到他们正在打印的实际对象。我们只是要监视机器的运行状况,” Pollack说。

Pollack在Carbon的主要工作之一是与他在FDA的老同事合作,通过医疗器械批准和清除程序来推广新材料和新工艺,而Carbon的技术还需要克服一些监管挑战。但波拉克(Pollack)认为这最终可能会造成破坏。

“您现在可以扔掉模具,扔掉库存,” Pollack说。“您可以放弃这样的观念:'哦,我必须将这七个部分制成一部分并将它们粘合在一起,这样我才能获得通过它们的渠道。” ……我在构建它时在想要的地方放置了负空间。我不必带东西去那里。这是减法与加法之间的区别。”

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