Objet3Dプリンタで造形したリビングヒンジ

高度なアプリケーション

最も需要のある機会に応える

短納期少量のカスタマイズ部品、マシニングでは作成不可能な複雑なコンポーネントや形状もStratasysの技術や専門性があれば、このような製造上の課題などを解決することが可能です。

FDM で MRI コンポーネントを生産

概要

複雑な MRI 取り付けパネルを 3D プリント

磁気共鳴画像法(MRI)は、非侵襲性医療用イメージングテクノロジーであり、 臓器、軟組織、骨を含む体内構造物の非常に詳細な 断面イメージを作り出します。開発用 MRI デバイスは高度に技術的な複雑なシステムであり 従来は少量、多くの場合、1 つだけで生産され、 研究者や特殊なアプリケーションの要件を満たします。MRI 技術は、強力な磁石と 無線周波数信号の利用に基づいているため、金属の使用は、干渉を避けるため、 最小限にする必要があります。

アプリケーション概要

MRI 装置では、通常、非常に厳しい要求に合わせて 作製した複雑な形状をもつ多数の プラスチックコンポーネントが必要ですMRI 装置 のプラスチックコンポーネントに対する主なアプリケーションは、 イメージングする身体の一部を干渉するサブアセンブリである 特殊コイルに対する ものです。コイルは、水素陽子に吸収される無線周波数信号 を放出し、水素陽子を より高いエネルギー状態に移行させます。 信号がオフになると、コイルは、吸収した エネルギーの陽子による放出を 検出します。コンピュータは、信号を処理し、 患者の身体のイメージを生成します。

典型的な特殊コイルは、比較的簡単な形状から高度に複雑な形状の 24 種類のプラスチックコンポーネント を持つこともあります。コイルには、 MRI 装置の操作への干渉を避けるため、 非常に特殊な要件 があります。これらの要件は、異なるアプリケーションでは 変わりますが、一般的には、MRI コイルコンポーネント材料は、 MRI イメージとの干渉を避けるため、 低陽子信号強度をもつようにしなければ なりません。コイル材料も、体内の陽子と整列する 磁石との干渉をさけるため、 低磁場歪みのものでなければなりません。 最後に、コイル材料では、電気ショックから患者を安全に 絶縁するために、高無線周波数誘電強度が 必要です。

MRI コイルの製造者は、かつて、 CNC 機械加工、室温加硫(RTV)金型、 反応射出成形などの通常のプロセスを使って、 MRI コイルや他のプラスチック MRI コンポーネント のプロトタイプや完成品を 作っていました。これらの従来型製造方法は、それぞれ 固有の制約があるため、MRI コンポーネントを設計する仕事が複雑になります。例えば、 機械加工する部品を設計する場合、技術者は、部品の半径を機械加工するのに正しいサイズの カッターが利用できるかどうかを心配する必要があります。これらのプロセスのいずれも 一部の MRI コンポーネントで必要な内部空隙を作製することができないため、空洞を作製するために、複数のコンポーネントを 設計、制作、組み立てを行わなければならないことがよくあります。

従来の製造プロセスも、コストやリードタイムの観点で​​制限 があります。成形プロセスのためのツーリングのコストは、少量の MRI コンポーネントの費用を押し上げる可能性が あります。一方、CNC 機械加工では、プログラミングコストが必要であるため、 少量部品の正当化が困難になる可能性があります。CNC 機械加工はサブトラクティブ法であるため、 特に複雑な液状をもった部品で、かなりの量の高価な材料 を無駄にすることがあります。

プロセスの概要

従来の製造方法の限界を克服することで、FDM(熱溶融積層)によって、MRI システムやコンポーネントの製造者が 短い時間で、より低コストでより良いマシンを制作できるようになりました。FDM テクノロジーはアディティブ・マニュファクチャリングプロセスであり、 CAD(コンピュータ支援設計CAD)ファイルのデータを使用して層毎にプラスチック部品を制作します。この技術では、熱可塑性プラスチック状のマテリアルではなく、MRI システムで利用することのできる 本当の熱可塑性プラスチックを使用します。MRI プロトタイプや少量生産部品の制作における FDM のコスト優位性は、 ツーリングや CNC プログラミングが必要ないという事実から、さらに材料の無駄がなくなることから 生じるものです。ツーリングと​​プログラミングがなくなることで、リードタイムもなくなります。FDM で作製した MRI コンポーネントでは、従来の 製造法により課される設計の制約や、製造上の規則のための設計がありません。FDM 部品は、技術者が思い描くことのできる事実上いかなる形状も制作できるため、 低コストで小さな維持費で製造することのできる、良好な実行マシン が得られることがよくあります。

テストデータ

MRI 装置で使用するための一般的要件を満たすことをテスト、確認したさまざまな FDM 熱可塑性プラスチックがあります。 例として、ポリカーボネート(PC)、リカーボネート ISO(国際標準化機構(ISO)10993-1 および米国薬局方(USP)クラス VI 分類)、 ポリフェニルスルホン(PPSF)、ULTEM 9085 があります。適切なマテリアルの選択は アプリケーションにより変わります。例えば、1 つのアプリケーションでは、材料のトレーサビリティ、PC-ISO に従う理由が必要な場合があるのに対して、他のアプリケーションでは、 PPSF の使用を推奨する高耐熱たわみ温度が必要な場合があります。あるいは、研究や非医療アプリケーションで制作する場合、 PC は低コストのオプションとなります。

カスタマーストーリー

Virtumed LLC社 は、高磁場研究用 MRI マシンのコイルを制作しています。これらの コイルでは、一般的に、複雑な形状をもった数十のプラスチックコンポーネントが必要です。以前、 これらのコンポーネントを制作するために異なる方法を使用していました。 小さな部品や、比較的簡単な形状を持つ部品は、従来、プラスチックから機械加工 されます。より大きく、より複雑な部品は、一般に、シリコン成形により制作しました。 従来のコイルに必要な 24 種類のコンポーネントは、部品の 1 組に対して、20,900 ドルのコストで、納品リードタイムが 16 週 かかり、 作製しました。“自社の設計を改善し、製造コストとリードタイムを減らすために、 ラピッドプロトタイピングに関心を持っていました”と、 Virtumed 社の機械技術者 Brandon Tramm 氏は言います。“しかし開始時点では、ラピッド プロトタイピング材料は、MRI 装置の激しい磁場内での使用に対して 認定されていませんでした。”

Tramm 氏は、最も重要な MRI 材料認定のための FDM 材料のテストを監督 しました。“特定のアプリケーションに適した材料の選択は、必要とされる特定の特性によって変わります”と、Tramm 氏は言います。 “しかし、ほとんどすべての場合に、少なくとも 1 つの FDM 材料には、適した特性があります。”Virtumed LLC社 は現在、FDM を使用して、ほぼすべてのプロトタイプと 生産コイルを作製しています。“FDM は、機械加工と成形の制約をなくすことで、設計プロセスを簡素化します”と、Tramm 氏は 述べました。“成形または機械加工できかどうかを気にすることなく、アプリケーションの理想的な形状を設計することができます。そのため、 エンジニアリング時間が短くなり、コイルの部品数を通常減らすことができるため、組立時間や保守コストの節約になります。”

成形に関わるツーリングコストがなくなり、機械加工に関わる機械時間とマテリアルの無駄の削減により、 従来の 24 コンポーネントのコイルのコストが劇的に下がり–セット当たり、4688 ドルまで低下しました。リードタイムは、7日間に短縮しました。 これらの価格やリードタイムは、サービス事務局からの購入部品に基づいており、Virtumed LLC社 が独自の FMD 装置を購入することを正当化できるほどの量がある場合、 さらによくなります。

Virtumed 社における FDM と従来の方法との比較


方法

コスト

時間

機械加工とシリコーン成形

USD 20,900 ドル

16 週間

FDM 金型

USD 4,700 ドル

1 週間

削減

USD 16,200 ドル (78%)

15 週間(94%)

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