Objet 리빙 힌지

고급 애플리케이션

그 어떤 까다로운 기회도 OK

짧은 소요시간. 소량 맞춤형 부품 생산. 기계 가공에서는 불가능한 복잡한 부품 및 기하학적 구조 구현. Stratasys의 기술과 전문성을 통해, 제조 분야의 당면 과제를 해결할 수 있습니다.

FDM으로 MRI 구성품 제작

개요

복잡한 MRI 장착 패널이 3D 프린팅됩니다.

자기공명영상촬영(MRI)은 기관, 연조직 및 골격을 비롯하여 신체 내부 구조의 고도로 상세한 교차 단면 영상을 생성하는 비침습성 의료 영상 촬영 기술입니다. 개발 중인 MRI 장치는 연구자 및 특수 애플리케이션의 요구 사항을 충족하도록 일반적으로 매우 소량(종종 한 대)만 생산되는 고도로 설계된 복잡한 시스템입니다. MRI 기술은 강력한 자기 및 무선 주파수 신호 사용을 기반으로 하므로 간섭을 피하기 위해 구조물 내에서 금속 물체의 사용을 최소화해야 합니다.

애플리케이션 개요

MRI 기계는 일반적으로 매우 까다로운 요구 사항에 맞게 제작된 복잡한 형상을 가진 여러 플라스틱 구성품이 필요합니다. MRI 장비에서 플라스틱 구성품의 주요 애플리케이션은 영상 촬영되는 신체 부분과 접속되는 하위 조립품인 특수 코일용입니다. 이 코일은 무선 주파수 신호를 방출하며 수소 양성자가 이 신호를 흡수하여 더 높은 에너지 상태로 이동하게 됩니다. 신호가 꺼지면 코일은 흡수한 에너지의 양성자에 의한 방출을 감지합니다. 컴퓨터는 이 신호를 처리하여 환자 신체의 영상을 생성합니다.

일반적인 특수 코일은 비교적 간단한 형상부터 매우 복잡한 형상까지 다양한 형상을 포함한 24개의 플라스틱 구성품을 가질 수 있습니다. 코일은 MRI 장치의 작동을 방해하지 않도록 매우 구체적인 요구 사항을 포함하고 있습니다. 이러한 요구 사항은 애플리케이션에 따라 다르지만 일반적으로 MRI 코일 구성품 재료는 MRI 영상을 간섭하지 않도록 양성자 신호 강도가 낮아야 합니다. 또한 신체에서 양성자를 정렬하는 자석을 간섭하지 않도록 자기장 왜곡이 낮아야 합니다. 마지막으로, 환자를 감전으로부터 안전하게 차단하기 위한 높은 무선 주파수 절연 강도가 필요합니다.

MRI 코일의 제조업체는 과거에 CNC 기계 가공, 실온 가황 처리(RTV) 금형 및 반응 사출 성형 같은 기존 공정을 사용하여 MRI 코일의 시제품 및 완성 부품뿐 아니라 기타 플라스틱 MRI 구성품을 만들었습니다. 이러한 기존 제조 방법은 각각 MRI 구성품 설계 작업을 복잡하게 만드는 특정 제한 사항을 부과합니다. 예를 들어, 기계 가공할 부품 설계 시, 엔지니어는 정확한 크기의 커터를 사용하여 부품의 반지름을 기계 가공할 수 있는지 여부를 고려해야 합니다. 이러한 공정은 일부 MRI 구성품에 필요한 내강을 만들 수 없기 때문에 대개 빈 공간을 만들기 위해 여러 구성품을 설계, 제작 및 조립해야 합니다.

기존 제조 공정은 또한 비용과 리드 타임 관점에서 제한이 있습니다. 성형 공정을 위한 금형 비용은 소량 MRI 구성품의 비용을 증가시킬 수 있습니다. 반대로 CNC 기계 가공은 프로그래밍 비용이 필요하여 소량의 부품 생산을 정당화하기 어려울 수도 있습니다. CNC 기계 가공은 제거 공정이기 때문에 특히 복잡한 형상을 가진 부품에서 대개 상당한 양의 고가 재료를 폐기합니다.

공정 개요

기존 생산 방법의 제한을 극복하는 FDM(Fused Deposition Modeling)을 통해 MRI 시스템 및 구성품 제조업체는 낮은 비용과 적은 시간으로 향상된 기계를 제작할 수 있습니다. FDM Technology는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 파일을 사용하여 플라스틱 부품을 한층 한층 빌드하는 적층 제조 공정입니다. FDM Technology는 열가소성 수지와 유사한 재료가 아니라 MRI 시스템에서 사용할 수 있는 실제 열가소성 수지를 사용합니다. MRI 시제품 및 소량 산업용 제품 생산에서 FDM의 비용적인 이점은 금형이나 CNC 프로그램이 필요하지 않고 재료 낭비를 없앤다는 점입니다. 공구와 프로그래밍을 제거하면 리드 타임을 줄이는 데 도움이 됩니다. FDM으로 제작된 MRI 구성품은 제조 가능성 규칙에 대해 기존 제조 방법과 그 설계에서 부과되는 설계 제한에서 제외됩니다. FDM 부품은 사실상 엔지니어가 구상하는 모든 형상으로 제작할 수 있으므로 종종 저비용으로 생산 가능하고 유지 보수 비용이 적게 드는 향상된 성능의 기계를 제작할 수 있습니다.

테스트 데이터

MRI 장치에서 사용하기 위한 일반 요구 사항을 충족하도록 테스트되고 확인된, 다음과 같은 여러 FDM 열가소성 수지가 있습니다. 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트-ISO(국제 표준 기구(ISO) 10993-1 및 미국 약전(USP) 클래스 VI 분류를 충족하는 PC), 폴리페닐술폰(PPSF) 및 ULTEM 9085. 적절한 재료의 선택은 애플리케이션에 따라 다릅니다. 예를 들어, 한 애플리케이션은 재료 추적성이 필요하여 PC-ISO를 선호하는 반면 다른 애플리케이션은 높은 열굴절 온도가 필요하여 PPSF 사용을 추천할 수 있습니다. 또는 부품이 연구 및 비치료 애플리케이션용으로 생산된 경우 PC는 보다 낮은 비용 옵션을 제공합니다.

고객 사례

Virtumed LLC는 고자기장 및 연구용 MRI 기계를 위한 코일을 생산합니다. 이러한 코일은 일반적으로 복잡한 형상을 가진 수 십개의 플라스틱 구성품이 필요합니다. 과거에 기업은 이러한 구성품을 생산하기 위해 여러 가지 방법을 사용했습니다. 작은 부품과 비교적 간단한 형상을 가진 부품은 일반적으로 플라스틱에서 기계 가공되었습니다. 더 크고 복잡한 부품은 대개 실리콘 성형을 통해 생산되었습니다. 일반 코일에 필요한 24개의 구성품은 이전에는 부품 한 세트당 $20,900의 비용과 16주의 리드 타임으로 이러한 방법을 조합하여 생산했습니다. “당사는 설계 과정을 개선하기 위해 빠른 프로토타이핑 방법을 사용하고 제조 비용과 리드 타임을 줄이는 데 관심이 있었습니다.”라고 Virtumed의 기계 엔지니어인 Brandon Tramm은 말했습니다. “그러나 우리가 시작할 당시에는 빠른 프로타이핑 재료는 MRI 기계의 강한 자기장 내 사용이 검증되지 않았습니다.”

Tramm은 가장 중요한 MRI 재료 인증을 위해 FDM 재료의 테스트를 감독했습니다. “특정 애플리케이션에 적합한 재료의 선택은 필요한 특정 특성에 따라 달라집니다.”라고 Tramm씨는 말했습니다. “그러나 거의 모든 경우에서 하나 이상의 FDM 재료가 적절한 특성을 가집니다.” Virtumed LLC는 이제 FDM을 사용하여 시제품과 산업용 코일의 거의 모두를 생산합니다. “FDM은 기계 가공과 성형의 제한 사항을 제거하여 설계 과정을 단순화합니다.”라고 Tramm은 말했습니다. “성형이나 기계 가공 가능 여부를 걱정할 필요 없이 애플리케이션에 적합한 형상을 설계할 수 있습니다. 따라서 엔지니어링 시간을 줄일 수 있으며 대개 코일의 부품 수를 줄여서 조립 시간과 유지 보수 비용을 단축할 수 있습니다.”

성형에 관련된 금형 비용의 제거와, 기계 가공 시간 및 기계 가공에 관련된 재료 폐기물 절감은 일반적인 24구성품 코일의 비용을 세트당 $4688로 크게 줄입니다. 리드 타임은 단 7일로 단축되었습니다. 이러한 가격과 리드 타임은 서비스 부서에서 부품을 구매하는 경우를 기준으로 하며 Virtumed LLC가 FDM 기계의 구매를 정당화하는 물량을 확보한 경우 훨씬 더 향상됩니다.

Virtumed에 대해 FDM과 기존 방법 비교


방법

비용

시간

기계 가공 및 실리콘 성형

USD $20,900

16주

FDM 금형

USD $4,700

1주

절감

USD $16,200 (78%)

15주(94%)

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