Как 3D-печать развивает медицинскую отрасль

Сейчас решения 3D-печати представляют большой интерес для компаний любого профиля. По прогнозам экспертов к 2025 году глобальный рынок аддитивных технологий составит 32 млрд долларов, а к 2030 году уже 60 млрд долларов. При помощи 3D-печати создаются арт-объекты, она активно используются в автопроме, строительстве, киноиндустрии и даже в сфере моды. Особенно актуальны технологии печати в медицинской сфере — не только в качестве создания наглядных пособий для будущих медиков, но и для лечения различных заболеваний. Многие из последних достижений в медицинской науке были сделаны именно благодаря 3D-печати, а уже в обозримом будущем с ее помощью могут создаваться искусственные органы и даже лекарства. Давайте рассмотрим, как технологии 3D-моделирования и 3D-печати помогают компаниям достигать отличных результатов при относительно небольших вложениях.

Индивидуальный подход: печать медицинских протезов

Обратимся к примерам из медицинской сферы, где ключевую роль играет высокая размерная точность изделий. Основатель компании Cosm Дерек Шам задался целью поставить на поток изготовление индивидуальных интравагинальных устройств, так называемых «пессариев», для женщин, страдающих дисфункцией тазового дна — нарушением функции связочного аппарата и мышц, удерживающих органы малого таза в нормальном положении. Таким же расстройством страдала бабушка Дерека, и переносила его очень тяжело. Единственный способ лечения, который был бы эффективен в данном случае — это использование пессария. Этот вид лечения считается очень результативным, при этом проведение операции не требуется, что важно для возрастных пациенток.

Главная проблема при применении пессария — сложность подбора, при котором пациенткам зачастую приходится пробовать несколько размеров и моделей, а также проходить многочисленные обследования после различных видов физической активности. Шам решил использовать личный опыт в медицинской индустрии и основал компанию, поставляющую индивидуально подобранные пессарии. Такие устройства должны создаваться на основе уникальной анатомии и жизненных потребностей пациенток.

Для реализации проекта компания Cosm обратилась к технологиям 3D-печати. Изначально стояла задача сразу печатать силиконовые устройства, но выяснилось, что с имевшимися на тот момент материалами это было невозможно. При этом компания не могла использовать стандартный процесс литья под давлением, применяемый в массовом производстве, так как создание пессария — это очень сложный процесс, где каждое устройство подбирается индивидуально под каждую пациентку.

Изучив предложения от ведущих компаний, занимающихся 3D-печатью, Cosm обратились к Formlabs. 3D-печать пресс-форм на 3D-принтере Form 3 упростила задачу и снизила себестоимость до приемлемого уровня, позволив регулировать параметры в соответствии с индивидуальной анатомией пациенток и печатать отдельные формы для каждого изделия.

Процесс происходит следующим образом: в 3D-печатные формы вводится медицинский силикон, после чего он отверждается специальным образом. Чтобы разработать такой пессарий не нужно проводить измерения вручную, так как есть возможность использовать новую технологию ультразвуковой визуализации с конвертацией сканов в 3D-модели с помощью самообучающихся алгоритмов. Главное преимущество такого метода — высокое разрешение 3D-печати, высокая точность и отличное качество поверхностей.

По словам ведущего инженера-конструктора Cosm Роберта Лэнсфилда, программное обеспечение Fusion 360 от Autodesk сыграло неотъемлемую роль в рабочем процессе. Fusion 360 сэкономил команде несколько шагов — от определения индивидуальных размеров до параметрического моделирования медицинских устройств c дальнейшим экспортом пресс-форм в слайсер Preform, что позволило команде автоматизировать несколько этапов процесса проектирования.

В целом, наличие собственного аддитивного производства дает гибкость при проектировании и создании прототипов, позволяя оперативно вносить изменения в дизайн мастер-моделей или методику производства форм, а затем сразу переходить к изготовлению, последовательно улучшая конструкцию. Без 3D-печати стоимость каждого прототипа была бы намного выше, а на изготовление уходило бы около недели или больше.

Идеальное устройство для здоровой спины

Еще один пример успешного применения 3D-печати в производстве — компания Vertiball, чье устройство для лечения боли в мышцах стало бестселлером, получив множество положительных отзывов на Amazon, в том числе от игроков Национальной футбольной лиги США Сидариана Лэмба и Минки Фитцпатрика.

Началось все с того, что основатель компании Кертис Кеннеди решил изменить подход к лечению болей в мышцах и спине. Кертис испробовал на себе многие из рекомендуемых врачами домашних методов лечения, включая массаж воспаленных участков теннисным мячом, что довольно непросто. В итоге он придумал способ крепления мяча к вертикальной поверхности, позволяющий пользователям сосредотачиваться именно на тех участках спины, которые нуждаются в массаже. Ключевой инновацией Vertiball является запатентованная мобильная система крепления — прочная присоска для крепления к гладким поверхностям. Передняя часть устройства, содержащая свободно вращающийся массажный шарик, надевается и фиксируется на основание с присоской. Устройство совсем небольшое, поэтому его можно спокойно носить с собой из дома в раздевалку и обратно.

Несмотря на кажущуюся простоту, проектирование и изготовление Vertiball оказалось довольно сложным делом. Поскольку устройство предназначено для повседневного использования, механизм защелки может сгибаться сотни, а то и тысячи раз. Кроме того, в изделии используется пластик, сопрягающийся с металлической фурнитурой: передние и задние компоненты должны хорошо скользить, а шарик должен свободно вращаться с низким трением. По этим причинам команда выбрала полиамид-6 — прочный полимерный материал с низким коэффициентом трения.

Сложнее всего при разработке устройства оказалось обеспечить размерную точность формованных деталей. Для этой цели лучше всего подошел принтер Formlabs Form 3, обладающий необходимым разрешением для изготовления функциональных прототипов перед началом массового производства устройств методом литья под давлением. Для проектирования использовалось программное обеспечение Autodesk Fusion 360, позволившее визуализировать поведение продукта в реальных эксплуатационных условиях. С целью оптимизации конструкции в процессе 3D-моделирования осуществлялся анализ напряжений при определенных нагрузках. Использованный метод позволил создать прочное и долговечное устройство и провести успешную кампанию на краудфандинговой площадке Kickstarter с превышением минимальной суммы финансирования почти в восемь раз.

Влияние сотрудничества Autodesk и Formlabs на 3D-печать

В 2021 году можно с уверенностью сказать, что 3D-печать помогает развитию медицинской отрасли. Благодаря цифровым технологиям реализуются даже самые непростые проекты, требующие комплексного и индивидуального подхода. Идеальный симбиоз 3D-моделирования и 3D-печати значительно упрощает жизнь компаний, делая все процессы более понятными, а также экономически выгодными. Более того, анализ цифровых двойников в программном обеспечении от Autodesk во многом позволяет предсказывать поведение продуктов еще до их реализации в физической форме, что дает дополнительную экономию времени и денег.

Автор: Светлана Бодиловская, старший менеджер компании Formlabs по маркетингу в Восточной Европе и Африке

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru