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3D打印数字化生产BD单细胞基因组分析系统元件

2019-10-08  1677

贝克顿,狄金森和公司(BD)成功地制造了基于Carbon的数字光合成技术的零件,包括BD RHAPSODY®单细胞基因组分析系统的血细胞计数器适配器。这个组件对于注塑模具来说是不切实际的和昂贵的,数字光合成技术则是理想选择。通过与Carbon的配合,BD优化了零件,减少了55%的打印时间,减少了7%的材料,加快了产品的开发周期,并经济地生产了最终零件。

案例介绍

BD是一家全球性的医疗技术公司,通过改进医疗发现、诊断和提供护理来促进世界卫生。该公司通过不断创新的产品和工艺开发这些产品来实现这一目标。BD早已认识到添加剂制造的应用潜力。该公司确定了产品与注塑成型和铣削的部分几何形状或规模经济的斗争,并启动了一个程序,审查添加剂工艺,材料和公司声称满足苛刻的医疗应用。

先进的原型,由公司计算机辅助工程(CAE)团队完成,NC的目标是加速产品开发在各个业务单位。然后,每个BD业务单元内的工程组将使用这些部件快速迭代新设计,并测试打印部件的功能。

“有了Carbon的零件,我们能够提供具有优异表面光洁度的零件,并满足我们的业务所需的一系列不同零件的机械要求。”——拉里·莫纳汉,BD公司CAE团队经理。

BD团队很快证明了Carbon技术在原型制作到生产中的用途。这一案例研究探讨了他们如何确定一个理想的应用添加剂制造,以及为什么他们最终选择Carbon和MPU 100生产。

BD rhapsody™单细胞分析系统

在2017年中期,该公司的CAE团队开始向BD生命科学的基因组学组提供零件。BD基因组研究小组正在构建一种单细胞基因组分析系统,该系统能够在单个细胞的基础上了解细胞的形态和功能。传统的检测方法,如微阵列和体RNA测序,在多个细胞上进行平均测量,隐藏个体细胞之间的细微差异。BD的Rhapsody™系统克服了这一局限性,使得有可能识别和表征稀有细胞类型,使研究人员能够了解从免疫学到肿瘤学领域的生物学过程。

图1 BD单细胞基因组分析系统

产品开发挑战

该产品的关键部件是血细胞计数器适配器,它将流体微孔组件集成到光学系统中。所制造的支架必须满足流体“滑动”和现有成像技术的尺寸和操作要求。

零件设计要求

该部件的关键设计要求是滑动面和中央射流保持架,这需要齐平面与组件中的其他部件配合。其他的关键特性包括用于滑动保持架的陷波负空间、咬边结构和用于光学的窗口。

图2 血细胞计数器转接器

期望的过程改进

对于该部件,注塑和铣削在本质上受到以下方面的限制:

难以塑造的几何图形

生产新模具时间长

给定交货期和工装费用的迭代次数较少

通往市场的较慢路径

衍生产品开发新工装费用

因此,BD认为添加剂制造是一种潜在的解决方案。正确的附加工艺必须在不损害零件设计要求的前提下提供成本和速度效益。

数字光合成技术DLS™

BD选择Carbon的技术有以下几个关键原因:

添加剂制造的设计自由能更好地满足该产品的需要。

Digital Light Synthesis™可产生具有高质量表面光洁度的零件

产品设计的快速迭代可加速上市时间

考虑到有限的初始生产量(约80台),生产可能具有成本效益。

MPU 100医用级材料非常适合用于医疗系统

Monahan提到,“我们与Carbon组密切合作,利用已经为MPU 100材料产生的生物相容性和灭菌数据。然后我们与BD的毒理学小组合作来生成我们自己的内部数据。”BD把这些数据存储在一个内部数据库中,这样整个组织的工程师就可以识别哪些材料适合给定的应用程序。

血细胞仪适配器的第一次打印是成功的,但是很明显,通过重新设计杠杆可以显著改善零件的印刷适性。

数字光合成的优化设计

Jamie Cone,一位来自CAE团队的工程师,密切合作与Carbon,以提高产量,并降低每单位成本,通过优化零件的生产。

“Carbon团队帮助我们进行打印速度优化、纹理设计和设计修改,以提供满足我们内部客户需求的部分。”——Jamie Cone工程师,BD公司CAE团队

主要变化包括:

BD旋转蜂窝结构45度,使所有墙壁自立(图3)。此更改还允许BD以水平方式打印部分,减少打印时间和打印时间(图4)。

为了进一步提高打印速度,Carbon工程师创建了一个自定义打印脚本,它将打印时间从原始打印的55%减少到最终的打印方向。

通过消除对支撑的需要,BD减少了每增加7%的树脂用量,并显著减少了预处理时间和后处理时间。结合,减少树脂的使用,印刷时间和劳动使部分可扩展性和成本效益的生产。

最后,Carbon应用纹理的“英雄”表面的一部分,以优化美学和功能/抓地力(图5)。

图3 蜂窝结构→蜂窝旋转45°

图4 原始打印方向→优化打印方向

图5 应用于“英雄”表面的纹理

随着与Carbon技术和服务的结合,BD单细胞基因组分析系统的血细胞计数器适配器将是BD的第一个使用添加剂制造的生产部分。该项目为BD提供了一个经济有效的解决方案,在不牺牲零件质量的情况下解决难以成型的几何图形。通过将这一部分转换为数字制造过程,BD可以任意迭代,集成碳反馈,改进产品,优化制造工艺,提高打印速度55%,减少树脂用量7%。



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