Chagua Lugha

Uchapishaji 3D wa Vifaa vya Kinga Binafsi Vinavyoweza Kusafishwa kwa Autoclave kwenye Mashine za Uchapishaji 3D za Wateja Zinazogharimu Kidogo: Uchambuzi wa Kiufundi

Uchambuzi wa njia ya kuchapisha 3D vifaa vya kinga binafsi vinavyoweza kusafishwa kwa autoclave kwa kutumia copolima ya nailoni kwenye mashine za uchapishaji 3D za wateja zilizoboreshwa, kukabiliana na pengo la mnyororo wa usambazaji katika misa ya kimatibabu.
3ddayinji.com | PDF Size: 0.6 MB
Ukadiriaji: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
Ukadiriaji Wako
Umekadiria waraka huu tayari
Kifuniko cha Waraka PDF - Uchapishaji 3D wa Vifaa vya Kinga Binafsi Vinavyoweza Kusafishwa kwa Autoclave kwenye Mashine za Uchapishaji 3D za Wateja Zinazogharimu Kidogo: Uchambuzi wa Kiufundi
Tazama Waraka PDF Pakua PDF Tafsiri PDF
Nyumbani » Nyaraka » Uchapishaji 3D wa Vifaa vya Kinga Binafsi Vinavyoweza Kusafishwa kwa Autoclave kwenye Mashine za Uchapishaji 3D za Wateja Zinazogharimu Kidogo: Uchambuzi wa Kiufundi

1. Utangulizi

Janga la COVID-19 lilionyesha udhaifu muhimu katika minyororo ya usambazaji wa matibabu duniani, hasa kwa Vifaa vya Kinga Binafsi (PPE). Uzalishaji wa kawaida uliokusanyika haukuweza kuongezeka kwa kasi kulingana na mahitaji yaliyopanda na yaliyolokota. Kwa kujibu hili, mtandao uliosambazwa wa vituo vya uchapishaji 3D—ukitumia vichapishi vya wateja na plastiki za kawaida za joto kama PLA na PETG—ulitokea kujaza pengo hilo. Hata hivyo, kizuizi cha msingi kiliendelea: nyenzo hizi haziwezi kustahimili usafi wa kawaida wa autoclave wa mvuke (121°C), na kusababisha matumizi ya njia za usafi za mikono zinazochukua muda mrefu na zisizoaminika. Karatasi hii inashughulikia kizuizi hiki kwa kuonyesha njia ya kuchapisha 3D PPE inayoweza kusafishwa kwa autoclave kwa kutumia copolima ya nailoni inayostahimili joto kwenye vichapishi 3D vya wateja vilivyoboreshwa kidogo na vinavyogharimu kidogo.

2. Njia ya Utafiti & Uchaguzi wa Nyenzo

Changamoto kuu ilikuwa kutambua nyenzo ambayo ina usawa kati ya uvumilivu wa autoclave na uwezo wa kuchapishwa kwenye vifaa vinavyogharimu kidogo ambavyo havijabuniwa kwa plastiki za uhandisi za joto la juu kama PEEK (utokaji >300°C).

2.1. Uboreshaji wa Kichapishi

Vichapishi vya kawaida vya wateja vya Uundaji wa Uwekaji wa Fyuzi (FDM) viliboreshwa na uboreshaji muhimu mbili:

  • Sehemu ya Moto ya Metali Yote: Ilibadilishwa na sehemu ya moto ya kawaida iliyopambwa PTFE ili kufikia salama anuwai ya halijoto inayohitajika ya utokaji wa 255-275°C kwa copolima ya nailoni.
  • Chumba cha Uchapishaji Kilichofungwa: Ufunguzi rahisi uliongezwa ili kudumisha halijoto thabiti ya mazingira (~45-50°C), muhimu kwa kupunguza mkazo wa joto na kupindika wakati wa uchapishaji wa polima zenye fuwele nusu kama nailoni.

Uboreshaji huu unagharimu kidogo na umerekodiwa sana katika jamii ya wazi ya uchapishaji 3D, na kuhifadhi dhana ya "gharama nafuu".

2.2. Copolima ya Nailoni (PA6/66)

Nyenzo iliyochaguliwa ilikuwa copolima ya nailoni 6/66. Sifa zake ni muhimu:

  • Halijoto ya Mpito ya Kioo (Tg): ~50-60°C.
  • Halijoto ya Kuyeyuka (Tm): ~215-225°C.
  • Halijoto ya Kupoa ya Vicat: >150°C, kubwa zaidi kuliko ~62°C ya PLA.

Halijoto ya Vicat ndio kipimo muhimu, kinachofafanuliwa kama halijoto ambayo sindano iliyokoma mwisho inapenya kwenye sampuli kwa kina cha 1 mm chini ya mzigo maalum. Uvumilivu wa nyenzo juu ya 121°C unahakikisha utulivu wa vipimo wakati wa usafi wa autoclave. Tabia ya mkazo-msuguano baada ya usafi wa autoclave inaweza kuigwa kwa mpangilio wa kwanza na uhusiano wa elastic wa mstari hadi kutoa: $\sigma = E \epsilon$, ambapo $\sigma$ ni mkazo, $E$ ni moduli ya Young, na $\epsilon$ ni msuguano.

3. Matokeo ya Majaribio

3.1. Upimaji wa Uvumilivu wa Autoclave

Vipengele vya PPE vilivyochapishwa (k.m., mabano ya kifuniko cha uso, mikanda ya barakoa) viliwekwa chini ya mizunguko ya kawaida ya autoclave ya mvuke: 121°C kwa 15 psi kwa dakika 20. Matokeo yalionyesha hakuna mabadiliko ya kuonekana, kupindika, au kukosekana kwa utendakazi. Hii ni tofauti kubwa na sehemu za PLA, ambazo hupindika sana na kupoa chini ya hali sawa.

Maelezo ya Chati (Yaliyodhaniwa): Chati ya mihimili inayolinganisha mabadiliko ya vipimo (%) baada ya autoclave kwa PLA, PETG, na Copolima ya Nailoni (PA6/66). PLA inaonyesha mabadiliko >20%, PETG ~5-8%, wakati Copolima ya Nailoni inaonyesha mabadiliko <1%, ikionyesha utulivu bora wa joto.

3.2. Uchambuzi wa Nguvu ya Kunyoosha

Vipimo vya kunyoosha vya mhimili mmoja vilifanywa kwenye sampuli za mfupa-wa-mbwa zilizochapishwa kabla na baada ya mizunguko mingi ya autoclave. Matokeo muhimu:

  • Moduli ya Young (E): Ilibaki ndani ya 5% ya thamani ya asili baada ya mizunguko 5 ya autoclave.
  • Nguvu ya Mwisho ya Kunyoosha (UTS): Ilionyesha kupungua kidogo sana (< 8%).
  • Urefu wa Kuvunjika: Hakuna kupungua kwa takwimu muhimu, ikionyesha nyenzo ilibaki na ugumu wake.

Hii inathibitisha kuwa usafi wa autoclave hausababishi uharibifu mkubwa wa polima (k.m., hidrolisisi au kukatwa kwa mnyororo) chini ya hali zilizopimwa, wasiwasi wa kawaida na poliamidi.

Maelezo ya Chati (Yaliyodhaniwa): Grafu ya mstari inayoonyesha Mkazo (MPa) dhidi ya Msuguano (%) kwa sampuli za Copolima ya Nailoni: "Kama Ilivyochapishwa," "Baada ya Mzunguko 1 wa Autoclave," na "Baada ya Mizunguko 5 ya Autoclave." Mikunjo mitatu iko karibu kuingiliana, ikionyesha uthabiti wa sifa za mitambo.

4. Uchambuzi wa Kiufundi & Mfumo wa Kazi

Mtazamo wa Mchambuzi wa Sekta: Tathmini muhimu zaidi ya ripoti ya kiufundi.

4.1. Uelewa Msingi & Mtiririko wa Mantiki

Ujanja wa karatasi hii sio katika kuunda nyenzo mpya bora, bali katika "kuhack" kwa vitendo kwa mfumo uliopo. Mtiririko wa mantiki ni wa kuvutia: 1) Tambua kizuizi cha autoclave katika uzalishaji uliosambazwa wa PPE; 2) Kataa suluhisho la gharama kubwa (vichapishi vipya vya PEEK/PEI) kama isiyoweza kuongezeka; 3) Tafuta nyenzo (PA6/66) ambayo iko ndani ya uwezo wa utendakazi wa vifaa vya wateja vinavyoweza kuhackiwa; 4) Thibitisha kuwa inafanya kazi. Hii inafanana na falsafa katika kazi muhimu kama karatasi ya CycleGAN (Zhu et al., 2017), ambayo ilifanikisha tafsiri ya picha-hadi-picha bila data iliyooanishwa kwa kurekebisha tatizo kwa ujanja na kutumia vikwazo vya usanifu uliopo wa GAN, badala ya kuvumbua miundo mipya kabisa. Hapa, kikwazo ni kichapishi cha gharama nafuu, na uvumbuzi ni kufanya kazi ndani yake.

4.2. Nguvu & Kasoro Muhimu

Nguvu: Uthibitisho wa dhana ni thabiti na unaweza kutekelezwa mara moja kwa jamii ya watengenezaji. Inatumia kamili utamaduni wa vifaa vya wazi. Data ya mitambo ni ya kushawishi kwa matumizi ya muda mfupi, katika hali ya msiba.

Kasoro Muhimu (Mwakilishi wa Shetani): Hii ni kizuizi cha muda, sio mapinduzi. Kwanza, uthabiti wa nyenzo ndio kisigino cha kisigino. Uzi wa nailoni wa wateja hutofautiana sana kwa ubora na maudhui ya unyevu (nailoni hunyonya unyevu), ambayo inaathiri sana ubora wa uchapishaji na nguvu ya mwisho—tofauti ambayo hospitali haziwezi kuvumilia. Pili, idhini ya udhibiti ni mlima. Mwongozo wa FDA kwenye vifaa vya matibabu vilivyochapishwa 3D (FDA, 2021) unasisitiza mifumo madhubuti ya ubora. Mtandao uliosambazwa wa vichapishi vilivyoboreshwa hauwezi kuhakikisha kurudiwa kunachohitajika kwa idhini ya 510(k). Tatu, udumu wa muda mrefu baada ya mizunguko mingi ya autoclave na mfiduo wa kemikali (dawa za kuua vijidudu) haujathibitishwa. Je, mshikamano wa tabaka, udhaifu wa asili wa FDM, utadumu?

4.3. Uelewa Unaoweza Kutekelezwa

Usitumie hii kwa PPE muhimu ya msingi kama miili ya vifaa vya kupumulia vya N95. Fursa halisi iko katika vifaa vya ziada visivyo muhimu, vinavyoguswa mara kwa mara. Fikiria: mikono maalum ya vyombo vya upasuaji, mifumo ya mikanda inayoweza kurekebishwa, vifuniko vya kinga kwa vifaa vinavyotumika tena, au vifaa maalum vya kuweka mwenyeji. Vitu hivi vinaweka mzigo kwenye usambazaji wa kati usio na vijidudu na ni kamili kwa uchapishaji wa wakati husika, mahala pake. Mfumo hapa unatoa kiolezo cha uthibitishaji wa kiufundi:

Mfano wa Mfumo wa Uchambuzi (Sio Msimbo):

  1. Upeo wa Tatizo: Je, kifaa kinabeba mzigo? Je, kinagusa moja kwa moja maeneo yasiyo na vijidudu au tishu za mwenyeji? (Ikiwa ndiyo, endelea kwa tahadhari kubwa).
  2. Uhitimu wa Nyenzo: Pata uzi kutoka kwa msambazaji aliye na cheti cha ISO 13485 kwa polima za kiwango cha matibabu. Tekeleza itifaki za lazima za kukausha ($\leq$ saa 24 kwa 80°C kwenye jokofu ya utupu).
  3. Uthibitishaji wa Mchakato: Unda wasifu wa "kichapishi kilichohitimu". Kila kichapishi, hata cha modeli ile ile, lazima kitoe sampuli za majaribio zinazopita vipimo vya kawaida vya mitambo na autoclave kabla ya kuruhusiwa kwa uzalishaji.
  4. Itifaki ya Usindikaji Baadae: Fafanua hatua za lazima (k.m., lainisha kwa mvuke kwa kupunguza nyufa, kuosha maalum).

Hospitali zinapaswa kuanzisha hii kwenye maabara zao za biohandisi au uvumbuzi kwa matumizi yasiyodhibitiwa kwanza, na kujenga data na uwezo wa ndani.

5. Matumizi ya Baadaye & Mwelekeo

Njia hii inafungua njia kadhaa za kimkakati:

  • Vifaa vya Matibabu Vilivyobinafsishwa, Kwa Mahitaji: Zaidi ya PPE ya msiba, kwa kuchapisha viongozi vya upasuaji maalum kwa mwenyeji, miundo ya anatomia kwa upangaji wa kabla ya upasuaji, au viunga maalum vya mifupa katika kliniki za mbali, yote yakiweza kusafishwa mahala pake.
  • Ujumuishaji na Uzalishaji Mjanja: Kuweka misimbo ya QR au lebo za RFID wakati wa uchapishaji kwa ufuatiliaji kamili wa vigezo vya uchapishaji vya kila sehemu, kundi la nyenzo, na historia ya usafi.
  • Uendelezaji wa Nyenzo Zaidi: Hatua inayofuata ni nyuzi zilizo na sifa za kuua vijidudu zilizojumuishwa (k.m., ioni za fedha au chembe ndogo za shaba) ambazo hushirikiana na usafi wa autoclave, mwelekeo unaoungwa mkono na utafiti katika nyenzo za uzalishaji wa hali ya juu (k.m., kazi kutoka taasisi kama Lawrence Livermore National Laboratory kwenye uongeaji wa uzalishaji wa nyenzo nyingi).
  • Uwekaji wa Kawaida & Uhitimu: Jamii lazima iunde viwango vya wazi, vilivyopitiwa na wenza kwa "uchapishaji 3D wa wateja unaotayarishwa kwa matibabu"—seti ya faili za majaribio, itifaki, na viwango vya chini vya nyenzo. Hii ni muhimu kuhama kutoka kwa hack yenye ahadi hadi njia ya uzalishaji ya ziada inayoweza kutegemewa.

6. Marejeo

  1. Zhu, J., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV).
  2. U.S. Food and Drug Administration (FDA). (2021). Technical Considerations for Additive Manufactured Medical Devices – Guidance for Industry and Food and Drug Administration Staff.
  3. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing (2nd ed.). Springer.
  4. Lawrence Livermore National Laboratory. (n.d.). Additive Manufacturing. Retrieved from https://www.llnl.gov/additive-manufacturing
  5. ASTM International. (2021). ASTM D1525 Standard Test Method for Vicat Softening Temperature of Plastics.
  6. [Marejeo 1-13 kutoka kwa PDF asili yangejumuishwa hapa kwa muundo thabiti].