Использование аддитивных технологий для прототипирования и изготовления медицинских компонентов в условиях сложной эпидемиологической ситуации

В статье описывается сфера производства медицинских компонентов на базе использования аддитивных технологий. Демонстрируются примеры изделий, технологий и материалов.

Ключевые слова: 3D-печать, масштабирование, медицинские компоненты, FDM-печать.

В современных условиях рынка быстрого прототипирования повышается спрос на изготовление компонентов и деталей различной сложности. Для выполнения подобных задач специалисты используют множество технологий, в том числе и аддитивное производство на базе 3D-печати. Одним из требований к производствам подобного типа является возможность адаптации, к внешним факторам, которые могут привести к изменению типа производимой продукции.

Тяжелые эпидемиологические условия в качестве примера внешнего источника воздействия вынуждают предприятия, обладающие технической базой для прототипирования сконцентрировать мощности в направлении деятельности по изготовлению медицинских компонентов необходимых для инфраструктуры здравоохранения.

В условия пандемии COVID-19 (2020г.), аддитивные производства столкнулись с резким скачком потребности в первостепенных медицинских компонентах — СИЗ (средствах индивидуальной защиты), элементах систем положительного давления, переходниках и разветвителях для вентиляционных систем, креплениях для коммутации различной медицинской коммуникации, такой как капельницы и шланги, сменных клапанах систем искусственной вентиляции легких, прототипах и мастер-моделях противопролежневых подушек.

Благодаря большому количеству типов технологий 3D-печати (SLA, FDM, SLS) производства обладают обширными возможностями по изготовлению деталей с различными техническими требованиями, как по точности конечного изделия, так и по предполагаемым внешним воздействиям на компоненты.

Широкий спектр используемых материалов в 3D-печати позволяет подобрать необходимую основу будущего изделия в зависимости от предполагаемых условий использования, тиражирования конечного компонента и метода его дезинфекции. Опираясь на наличие специализированного дезинфицирующего оборудования в мед. учреждении, инженеры не используют материалы, которые могут подвергнуться деформации либо выделять вредные вещества при обработке. [2]

Примером работы аддитивного производства в таких условиях является создание сменных клапанов для респираторов. Компания Lonati SpA изготавливает подобные изделия из PA12 методом лазерного спекания. Образцы изделия отображены на рисунке 1.

Благодаря масштабируемости компаний, работающих на базе технологии 3D-печати, объем производства может составлять порядка 1000 единиц в день.

Использование 3D-печати позволяет быстро среагировать на запрос в инфраструктуре здравоохранения. В условиях сильного давления внешних факторов, технология позволяет изготовить индивидуальный прототип, отвечающий определенным требованиям и с высокой скоростью развернуть масштабное тиражирование изделия. Еще одним примером использования технологии 3D-печати является изготовление защитных экранов для лица, ободов для крепления прозрачного листа.

Рис. 1. Сменные клапана для респираторов из PA12

В производстве данных компонентов преуспела лаборатория «PrusaResearch», которая производит медицинские компоненты на ферме из FDM-машин Prusa MK3, отображённые на рисунке 2. [1]

Рис. 2. Защитный экран для лица, изготовленный методом FDM-печати

Опираясь на вышеописанные примеры изготовления медицинских компонентов, можно сделать вывод, что вектор направления развития производств 3D-печати позволит в перспективе реализовывать большое количество изделий за единицу времени в самых различных условиях.

Направлению автоматизации и минимизации участия человека в техническом процессе присвоен высокий приоритет. Подобный скачок приведёт к увеличению количества материалов, различных машин на базе множества технологий печати, а также увеличит производительность и скорость подготовки изделий к конечной эксплуатации по месту.

Особенно необходимо отметить направления разработки новых материалов на базе биополимеров, эко-полимеров, материалов совместимых с человеческим организмом. Для быстрого ввода в эксплуатацию подобного сырья разрабатываются новые методики сертификации и тестирования, что позволяет производителям расширять номенклатуру создаваемых изделий.

Литература:

1. Кружковое движение НТИ запускает инициативу Makers vs Covid — Junior. — Текст: электронный // 3D Today: [сайт]. — URL: https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/kruzhkovoe-dvizhenie-nti-zapuskaet-initsiativu-makers-vs-covid-junior (дата обращения: 19.06.2021).
2. Индустрия 3D-печати встает на борьбу с коронавирусом. — Текст: электронный // IQB Technologies: [сайт]. — URL: https://blog.iqb.ru/3d-printing-vs-coronavirus/ (дата обращения: 19.06.2021).