全球医用塑料市场不断增长,3D打印如何为塑料医疗器械生产注入价值?

根据市场研究机构Grand View Research,材料技术的突破不断刷新着人们对塑料材料的认知。预计到2025年,全球医用塑料市场收益预计将达到3360亿美元。

塑料材料除了用于制造传统的一次性医疗器械产品之外,应用范围越来越广,成为手术器械、植入产品等医疗器械的制造材料。未来医用塑料呈现出两种发展趋势:首先, 对交叉感染风险控制的加强,使得医疗器械的消毒更为频繁,医用塑料的耐化学性要求相应提高;另一个趋势是设计创新需求,具有更高设计自由度、产品美观度,并且更加轻量化的塑料器械,将替代部分金属器械,这些塑料材料本身需具备与金属可媲美的刚性,此外,塑料医疗器械通过可大批量注塑成型工艺制造,成本更低。[1]

医疗器械器材本身具有严苛的精密属性。因此,对医疗器械器材零部件生产配套也相应提出了更精密的技术要求。在医疗制件生产配套过程中,对大到高压氧舱,小到助听器、麻醉咽喉镜、医用纽扣等注塑产品的表面质量,精度,卫生要求容不下一丝瑕疵。[2]

水路系统是决定注塑产品质量的重要因素之一,3D打印随形冷却水路在医疗器械注塑模具中的应用,将缩短注塑周期,提高表面质量。本期,3D科学谷将分享两个国内医疗器械注塑模具应用案例,揭示3D打印随形冷却水路在注塑冷却时间和模温的均匀性等方面为医疗器械注塑生产所注入的价值。

block 从制造源头为塑料医疗器械注入价值

| 案例一

医用一次性麻醉咽喉镜,在众多医用注塑产品中是较为复杂的,且最为典型。其复杂性主要体现在以下几个方面:1.产品结构复杂,顶部空间狭小。2.顶部尖端接触体内皮肤,材料卫生要求严格。3. 尺寸,质量要求严格,不允许表面瑕疵。4. 注塑产品咽喉镜一般为一次性产品,量大且价格成本要求在控制范围内。

对于模具制造厂商而言,如何处理好喉镜模具的质量、效率、卫生等各方面平衡,成为关键所在。

ESU_1原始方案水路无法设计进去(左);ESU毅速3D打印随形水路方案。来源:ESU毅速

水路系统是模具产品质量的重要因素之一,优越的水路系统能够缩短产品成型周期,提高产品良率。但传统麻醉咽喉镜注塑模具冷却水路,存在几个问题,包括:模具中存在无法走水路的深孔位;产品筋条较厚、冷却时间较长;医用铍铜订货周期长且价格高。ESU毅速通过3D打印随形冷却水路来解决这些问题。

ESU_2传统水路模具冷却时间大约需:32S(左),随形水路方案冷却时间:23S(右),3D打印与原始方案相比,达到顶出温度的时间快23%。来源:ESU毅速

成型周期

相对于传统水路而言,3D打印可设计出覆盖模具型腔的水路系统,从而加快冷却,缩短工件成型周期,提高生产效率。

ESU_3通过模流分析结果的对比,普通水路模具最高温与最低温温差为32.5℃(左),而随形水路温差可缩减到4.98℃(右),可以说温差已经微乎其微。来源:ESU毅速

表面质量

注塑产品成型质量与模具模温有密切关系,模温不均衡,最高温与最低温度相差较大,则高温处易产生烫伤、变形等缺陷,产品良率低。3D打印随形水路均匀遍布模具内腔可减小温差,均衡模温,提高产品良率。

材料

防锈、防腐蚀、耐磨耐用的模具钢3D打印粉末EM191、EM201,替代传统医用铍铜。

| 案例二

汉邦科技的金属3D打印技术在医疗器械注塑模具随形冷却水路制造领域的得到应用,在冷却水路设计、冷却时间、模温方面体现出优势。

Hanbang_1医疗模具3D打印随形冷却水路。来源:汉邦科技

传统模具存在问题

  • 生产周期较长,生产成本较高;
  • 兼顾医疗器具无毒的需求,只能选用高昂医用铍铜,导致模具成本高;
  • 医用铍铜订货周期长,导致模具生产周期长,影响交货时间;

3D打印技术方案

  • 通过随形水路解决方案,模具钢可以替代铍铜,实现高效冷却;
  • 缩短生产周期,降低产品成本;
  • 模具钢18Ni300材料无毒,符合医疗行业需求;

优化结果

  • 冷却时间:从20秒缩短至12秒;
  • 模具镶块温度:从82℃降至39℃;
  • 产品变形率:减小0.5毫米;

更多有关3D打印随形冷却模具的应用,请前往《3D打印与模具行业白皮书2.0》。

参考资料:

[1] 中创产业研究院《2018年医疗器械行业预测及展望 》;

[2] ESU毅速《医疗领域案例丨3D打印在医用喉镜模具上的应用》。

本文来自3D科学谷,转载请注明出处。


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