Identificazione di un processo di stampa 3D disponibile in commercio che riduce al minimo la distorsione del modello dopo la ricottura e la sterilizzazione in autoclave e l’effetto della sterilizzazione a vapore sulla resistenza meccanica

PLA: gli effetti della ricottura e della sterilizzazione in autoclave sul comportamento meccanico delle parti desktop FDM

I ricercatori dell’Università della California approfondiscono un’area molto importante della stampa 3D per il settore medico, sperimentando come i processi di sterilizzazione influenzano i materiali. Hanno pubblicato i loro risultati nel recente pubblicato ” Identificazione di un processo di stampa 3D disponibile in commercio che riduce al minimo la distorsione del modello dopo la ricottura e la sterilizzazione in autoclave e l’effetto della sterilizzazione a vapore sulla resistenza meccanica “.

I modelli stampati in 3D stanno attualmente cambiando il volto della medicina in termini di trattamento specifico per il paziente, consentendo una migliore diagnosi , istruzione per i pazienti e le loro famiglie (e studenti di medicina), oltre a fungere da strumenti di pre-pianificazione e guide chirurgiche.

In relazione alla stampa 3D FDM in medicina, gli autori fanno riferimento a precedenti studi che concludevano che il PLA era indebolito dalla sterilizzazione ma rafforzato nella ricottura, spiegando che il prossimo passo praticabile sarebbe trovare un materiale di stampa 3D in grado di resistere al trattamento termico e alla sterilizzazione a vapore .

Il team ha fabbricato quattro cubi da 30 mm come campioni per lo studio, ognuno con un riempimento diverso, progettato in Tinkercad e quindi stampato in 3D su una stampante 3D LulzBot Mini .

I campioni sono stati stampati tutti in una volta, utilizzando un’altezza dello strato di 0,38 mm e un ugello della testina di stampa da 0,5 mm. Materiali testati inclusi:

Colorfabb Woodfill
Dragons PLA metallico in All That Glitters Gold
Essentium PLA in grigio
Serie Maker PLA in sicurezza alimentare FDA OK Cancella
Serie Maker PLA in bianco bianco caldo
Proto-Pasta HTPLA in bianco
Serie Raptor PLA in HD Vivid Blue

Ogni campione è stato lavato in acqua calda, con il trattamento di ricottura eseguito tramite un fornello di precisione a circolazione d’aria di Strata Home da 800 W.

“I cubi sono stati rimossi dal bagno d’acqua calda e lasciati raffreddare a temperatura ambiente senza interferenze. Le dimensioni X, Y e Z dei cubi sono state misurate nuovamente per quantificare la deformazione e calcolare le variazioni percentuali, una variazione percentuale positiva che indica l’espansione e una variazione percentuale negativa che indica il restringimento “, hanno spiegato i ricercatori.

“Per quantificare la distorsione in entrambe le direzioni, abbiamo preso il valore assoluto di queste percentuali. Sono state osservate osservazioni soggettive come l’espansione sferica “a palloncino”. Abbiamo anche analizzato se determinati materiali si espandono o si contraggono costantemente in ogni asse.

I campioni sono stati quindi collocati in sacchetti per sterilizzazione in autoclave e depositati in un’autoclave Tuttnauer 2540 M per 45 minuti a 134 ° C e una pressione di 375 PSI. Successivamente, i campioni sono stati raffreddati a temperatura ambiente e quindi esaminati per eventuali segni di deformazione.

Il materiale che mostrava la minima deformazione era Essentium PLA Grey. La deformazione più elevata è stata rilevata nella serie Maker White White HOT PLA.

“Dopo la ricottura a bagno d’acqua calda per cubi da 30 mm, il riempimento che ha deformato il minimo era” griglia “e il modello di riempimento che ha deformato maggiormente è stato” zig-zag “. Dopo sia la ricottura che la successiva sterilizzazione in autoclave per cubetti da 30 mm, il materiale che ha deformato di meno è stato Essentium PLA Grey. Il materiale che ha maggiormente deformato è stato il PLA bianco bianco caldo della serie Maker. Dopo sia la ricottura che la successiva sterilizzazione in autoclave per cubi da 30 mm, il modello di riempimento che ha deformato il minimo era “griglia”, e il modello di riempimento che ha deformato maggiormente è stato “tetraedrico” “.

Serie Maker PLA White HOT White è stato l’unico materiale noto per espandersi in ogni asse, nonostante la geometria di riempimento o l’intervento. Ogni altro materiale ha mostrato variazioni dovute al riempimento. L’espansione dopo la ricottura di solito sembrava suggerire “direzione della distorsione” dopo la sterilizzazione in autoclave.

“Riconosciamo che i cambiamenti dimensionali e le limitazioni di resistenza potrebbero non essere una sfida in un ciclo di autoclave inferiore, il che richiederebbe ulteriori test. Dobbiamo ancora comprendere il comportamento meccanico dei modelli stampati in 3D in questo studio quando sono sottoposti a cicli multipli di sterilizzazione in autoclave e se continueranno a subire un cambiamento dimensionale. Tuttavia, indipendentemente dal fatto che gli strumenti chirurgici in PLA stampati in 3D siano determinati per essere monouso o multiuso, questi strumenti possono comunque essere utili in campi come la medicina aerospaziale in cui esistono limiti di spazio o in situazioni a risorse limitate in cui sono necessari strumenti aggiuntivi, ” ha dichiarato i ricercatori.

“Questo studio è inteso come una valutazione preclinica del comportamento meccanico dei materiali di stampa 3D FDM dopo il trattamento di ricottura a bagno d’acqua calda e la sterilizzazione in autoclave. Per i divaricatori Army-Navy stampati in 3D FDM, sarà necessaria un’ulteriore sterilizzazione e convalida della biocompatibilità per poter essere applicati clinicamente. “