Гибкие шарниры

Другие применения

Беритесь за самые сложные задачи

Быстрый оборот. Мелкосерийные специализированные детали. Сложные компоненты и геометрические формы, которые невозможно получить механической обработкой. С помощью технологий и опыта компании Stratasys Вы можете справиться с этими и многими другими производственными задачами.

Производство компонентов МРТ с помощью FDM

Обзор

Комплексная панель для крепления МРТ была напечатана на 3D-принтере

Магнитно-резонансная томография (МРТ) – это технология бесконтактного получения медицинского изображения, которая производит высокодетализированные поперечные изображения органов, мягких тканей и костей человеческого тела. Экспериментальные устройства МРТ являются комплексными системами, создание которых требуют высокого инженерного мастерства. Как правило, они производятся в очень малых количествах, иногда по одному экземпляру, для соответствия параметрам исследований или специального применения. Технология МРТ основана на использовании мощных магнитов и радиочастотных сигналов, поэтому применение металлов должно быть сведено к минимуму во избежание помех.

Области применения

Как правило, аппараты МРТ нуждаются в большом количестве пластмассовых компонентов со сложной геометрией, которые производятся в соответствии с очень строгими требованиями. Ключевым применением пластиковых компонентов в аппаратах МРТ являются специальные катушки – подузлы, которые прикасаются к той части тела, изображение которого необходимо сделать. Катушка излучает радиочастотный сигнал, который улавливается протонами водорода, что придает им дополнительную энергию. Сигнал отключается и катушка определяет выделение протонами полученной энергии. Компьютеры обрабатывают сигнал для создания изображения тела пациента.

Типичная специальная катушка может содержать 24 пластиковых компонента, геометрические формы которых будут варьироваться от относительно простых до очень комплексных. К катушкам предъявляются особые требования во избежание создания помех для работы МРТ. Эти требования варьируются в зависимости от области применения, однако в целом материал компонентов катушки МРТ должен характеризоваться низким уровнем сигнала протонов во избежания наложения помех на изображение МРТ. Кроме того, материал катушки также должен характеризоваться низким уровнем искажения магнитного поля, что позволит избежать наложения помех на магниты, которые выравнивают протоны, проходящие через тело. Наконец, требуется высокочастотный диаэлектрический резонатор для обеспечения безопасной изоляции пациента от опасности поражения электрическим шоком.

Ранее производители катушек МРТ использовали традиционные процессы, такие как производство на CNC-фрезерном станке, литье с вулканизацией при комнатной температуре и реактивное литье под давлением, для изготовления прототипов и готовых деталей катушек МРТ, а также других пластиковых компонентов МРТ. Эти традиционные методы производства накладывают определенные ограничения, которые усложняют работу по созданию компонентов МРТ. Например, при разработке детали, которая будет изготовлена на станке, инженер должен определить доступность резака надлежащего размера для применения надлежащим радиусов. Ни один из этих процессов не позволит создать внутренние углубления, которые необходимо выполнить в некоторых компонентах МРТ, поэтому часто необходимо разработать создать и собрать несколько компонентов для производства катушки.

Традиционные процессы производства также имеют некоторые ограничения, связанные с расходами и временем производства. Затраты на инструменты, используемые в процессе литья, могут увеличить затраты на производство малых объемов компонентов МРТ. С другой стороны производство на CNC-фрезерных станках связано с затратами на программирование, которые также трудно обосновать при производстве малых объемов. Так как это субтрактивный процесс, CNC-фрезерование часто приводит к некоторому объему отходов дорогих материалов, особенно это касается частей со сложной геометрией.

Обзор процесса

Устраняя ограничения, связанные с традиционными методами производства, моделирование методом послойного наложения расплавленной полимерной нити позволяет производителям систем МРТ и компонентов создавать машины лучшего качества по более низкой цене за меньшие сроки. Технология FDM представляет собой аддитивный процесс производства, который наращивает слои пластика на детали, руководствуясь данными, полученными из CAD-файлов. Используется настоящий термопластик, а не материалы, напоминающие его по свойствам. Эти материалы допустимы для использования в системах МРТ. Преимущества FDM в отношении производственных затрат при изготовлении прототипов МРТ и малых объемов деталей заключаются в том, что для этого не требуются определенные инструменты или программирование CNC, а также с таким производством не связан расход материалов. Устранение инструментов и программирования также позволяет снизить производственное время. Компоненты МРТ, изготовленные с использованием FDM, не имеют ограничений в плане проектирования, которые свойственны традиционным методам производства и правилам проектирования с учетом технологическим требованиям. FDM-детали могут быть изготовлены в любой геометрической форме, которую может себе представить технический специалист, что зачастую к повышению производительности машин, снижению затрат и стоимости обслуживания.

Данные тестирования

Существует ряд термопластиков FDM, которые были протестированы и определены как соответствующие требованиям для использования в МРТ, включая следующие: поликарбонат (PC), поликарбонат-ISO (поликарбонат, соответствующий стандарту ISO 10993-1 и классификации USP класса VI), полифенилсульфон (PPSF) и ULTEM 9085. Выбор надлежащих материалов зависит от области применения. Например, в одной области применения может потребоваться прослеживаемость материалов, что делает PC-ISO достойным выбором, тогда как в другой области могут потребоваться высокая теплостойкость, что сделает PPSF обдуманным выбором. Кроме того, поликарбонат является недорогим средством при производстве деталей для исследований и применения в неклинических средах.

Свидетельство клиента

Компания Virtumed LLC производит катушки для исследовательских томографов и МРТ с интенсивным магнитным полем. Как правило, эти катушки нуждаются в нескольких десятках пластиковых компонентах, характеризующихся сложными геометрическими формами. В прошлом компания использовала различные методы для производства подобных компонентов. Более мелкие детали и части с относительно простыми геометрическими формами, как правило, изготавливались из пластика. Более крупные и более сложные детали, как правило, изготавливались путем отливки из кремния. 24 компонента, необходимых для обычной катушки, ранее изготавливались путем использования разных методов по цене 20 900 долл. США, а время производства одного набора деталей составляло 16 недель. “Мы были заинтересованы в использовании методов быстрого создания прототипов для улучшения проектирования и снижения производственных затрат и сокращения времени производства”, – сказал Брэндон Трэмм, инженер-проектировщик в компании Virtumed. “Однако когда мы начинали работать материалы для быстрого создания прототипов не допускались для применения в зоне действия интенсивного магнитного поля МРТ.”

Трэмм руководил проверкой FDM-материалов при самых важных сертификациях материалов для МРТ. “Выбор нужного материала для определенного применения зависит от определенных необходимых свойств”, – сказал Трэмм. “Однако практически в каждом случае хотя бы один FDM-материал обладает нужными свойствами.” Теперь компания Virtumed LLC использует FDM для производства практически всех своих прототипов и катушек. “FDM упрощает разработку, устраняя ограничения, накладываемые машинной обработкой и литьем”, – сказал Трэмм, – “Я могу разработать идеальную геометрическую форму для нужного мне применения, не волнуясь нужно ли мне будет выплавлять эту деталь или обрабатывать на станке. Поэтому у нас сокращено время технической подготовки, и мы, как правило, можем уменьшить количество деталей катушки, что экономит время сборки и расходы на обслуживание”.

Устранение затрат на инструменты, которые были присущи методу литья, а также снижение времени машинной обработки и отходов, связанных с производством на станке, привело к значительному снижению затрат на изготовление стандартной 24-компонентной катушки вплоть до 4688 долл. США за один набор. Время производства сократилось до семи дней. Эти цены и время производства основаны на деталях, приобретаемы у бюро обслуживания, но это станет еще более выгодным, когда компания Virtumed LLC будет производить объемы, которые смогут обосновать приобретение собственной FDM-машины.

Как можно сравнить FDM с традиционными методами производства в случае с компанией Virtumed?


Метод

Затраты

Время

Машинная обработка и кремниевое литье

USD $20,900

16 недель

Инструменты FDM

USD $4,700

1 неделя

ЭКОНОМИЯ

USD $16,200 (78%)

15 недели (94%)

Stratasys Ltd. © 2015. All rights reserved. See stratasys.com/legal for trademark information.