3D принтер в медицине - это оборудование позволяющее с высокой точностью моделировать и создавать стоматологические имплантаты, протезы, прототипы органов. Печать на 3D принтере помогает уже работающим специалистам в области медицины эффективно повышать квалификацию, практиковаться и составлять точные планы хирургических операций.
Усовершенствованный цех механической обработки в Саннибрукском центре медицинских наук в Торонто иллюстрирует две тенденции в производстве медицинской продукции: движение в направлении производства добавок и слияние цехов металлообработки и больниц.
Укомплектованный пятью сотрудниками, цех токарной и фрезерной обработки в Саннибруке разрабатывает, производит и испытывает медицинские приборы, в том числе медицинские инструменты, используемые для лечения, диагностики и предотвращения заболеваний или отклонений в физическом состоянии.
Advanced Machine Shop в основном свои работы производит на двух 3D-принтерах и станок для быстрого создания прототипов Fortus 400 от Stratasys.
Менеджер магазина Майкл Поццобон (Michael Pozzobon) предложил использовать 3D печать для создания иммобилизирующего устройства, предназначенного для применения при переломах бедренной кости.
«У нас была задача сделать прототип, который нужно было подготовить для встречи с хирургом через два дня», - пояснил Поццобон. «Мы напечатали первый вариант в эту же ночь. На следующий день мы внесли изменения и распечатали второй вариант, который получился гораздо лучше. У нас было очень мало времени, но встреча прошла хорошо - нас попросили представить рабочую версию устройства в операционную».
Как всегда, время было ограничено, поэтому мы нашли выход - гидроабразивная резка ЧПУ, основная часть устройства была разрезана на этом станке для экономии времени, в то время как оставшаяся часть была сделана вручную.
«Я считаю, что в будущем металлические принтеры заменят некоторые станки металлообработки, но далеко не все», - сказал Поццобон. «Технология меняется в этой области очень быстро. Это может произойти не через пять-десять лет, но это случится. Мы производим ряд деталей для работы самих аппаратов МРТ и переферийных устройств с помощью наших 3-D принтеров».
Магазин Sunnybrook использует свои 3-D принтеры для сборки 30-40 устройств в месяц.
По мере роста сектора, вероятно, все больше металлообрабатывающих мастерских будут объединяться с медицинскими учреждениями.
«Есть врачи работающие с производственными компаниями. Во многих больницах есть механические мастерские, это конечно удивляет людей», - сказал Шон Смит, менеджер по продукции GF Machining Solutions в Machine Tool Systems Миссиссауга, Онтарио.
Соединение больницы и механического цеха может быть отличным инкубатором для роста.
«У нас есть около двух десятков стартап-компаний, основанных в Саннибруке, которые работают в области медицины. Некоторые расположены в Саннибруке, они арендуют место прямо в медицинских центрах, или находиться в непосредственной близости к подобным центрам и поддерживают тесный контакт с ними» - сказал Поццобон.
В больнице Конкордия (Виннипег), в 2010 году был создан Ортопедический инновационный центр (ОИК) для разработки и испытания медицинских изделий. В январе 2014 года ОИК открыла подразделение Precision Labs, которое выполняет метрологическую работу с медицинскими приборами с координатно-измерительными машинами. Затем, в 2015 году, был создан Advanced Digital Manufacturing Hub (ADMH). Из ADMH появилась коммерческая компания Precision ADM, которая производит медицинские устройства и детали.
Как и Поццобон, Смит является сторонником использования аддитивного производства для выпуска медицинских продуктов.
Возможность производить медицинские детали является огромным преимуществом технологии 3Д печати.
«Раньше в ассортименте медицинских центров, для лечения бедра и колена, присутствовали элементы 3-х видов разных по размеру. Работники мед центров изучали пациента и решали, какое устройство ему подходит, первое, второе или третье. Ни одно из этих устройств не подходит этому человеку на 100 процентов», - сказал Смит. «Устройства были сделали как можно более универсальными - маленькими, средними и большими. Теперь, при помощи 3d печати пациенту могут произвести конкретное устройство или компонент с учетом особенностей конкретного человека. Это приводит к лучшей подгонке и определенно увеличивает срок службы детали, будь то бедро, колено или пятка ».
Смит, однако, не думает, что системы аддитивного производства заменят традиционное медицинское производственное оборудование, такое как фрезерный станок с ЧПУ и токарный станок в ближайшее время.
«Мы не сможем заменить их», - сказал Смит о сверлильный, электроэрозионных станках, токарных станках и другом оборудовании с ЧПУ. «Вам все еще нужен способ выполнения механической обработки».
Действительно, в продвинутом цехе металлообработки Sunnybrook также используются станок гидроабразивный резки, фрезерный станок с ЧПУ, токарный станок с ЧПУ, три универсальных токарных станка и три универсальных вертикальных фрезерных станка. В цехе, в ближайшее время будет установлен 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ, который в работе будет использовать новейшие режущие инструменты Sandvik и Horn.
По словам Мэтью Коттона, главного специалиста и программиста, Micro Precision Parts Manufacturing все работы выполняет в основном на трех токарных станках, а также 3-х и 4-х осевых фрезерных станках.
Чуть более половины работы компании связано с медицинской отраслью. Среди прошлых клиентов были Johnson & Johnson и Procter & Gamble.
«В настоящее время мы работаем над медицинскими хирургическими приборами, некоторые простыми, такие как различные типы скальпелей и лезвий, а также над некоторыми более сложными приборами, с вращающимся инструментом, для косметической хирургии» - сказал Коттон.
Обработка медицинских деталей отличается от других работ, которые выполняет компания, добавил он.
«Обработка металла для медицинской сферы связана с более мелкими деталями, а так же с более жесткими материалами и часто более высокими требованиями к допускам. Твердый нержавеющий и титановый GR5 являются обычным делом, и работать с точностью до 0,0002 дюйма не редкость» - сказал Коттон.
Со своей стороны, Поццобон сказал, что Advanced Machine Shop регулярно использует нержавеющую сталь и в меньшей степени титан.
«Мы работаем с различными материалами, но редко используем титан. Поскольку мы, в основном, являемся мастерской по изготовлению прототипов, изготовленные здесь медицинские детали, как правило, изготавливаются из нержавеющей стали для первоначальных конструкций, пока не будет выпущена окончательная версия продукта» - сказал Поццобон.
По словам Коттона, крошечные размеры, типичные для медицинской сферы, создают трудности для оператора фрезерного станка в этой области.
Исправление какой-либо детали является сложной задачей.
«Еще один момент - выдержит ли тонкая деталь толщиной всего в несколько мм давление инструмента, необходимое для его резки?» - спросил Коттон. «Все возможно. Просто необходимо правильно использовать возможности металлообрабатывающего оборудования. Еще одной проблемой является измерение заготовки без снятия ее с обрабатывающего центра. В целом надо работать на токарном и фрезерном оборудовании с ЧПУ для автоматизации процессов и обеспечение повторяемости и надежности деталей на 100%».
По словам Смита, тип оборудования, необходимого для создания небольшой кампании, заинтересованной в том, чтобы впервые попасть на рынок медицинских деталей, варьируется.
«Это зависит от медицинской области. Если бы я собирался попасть в медицинский центр, у меня был бы высокоскоростной обрабатывающий центр и электроэрозионный станок. Проблема с аддитивными машинами в том, что они очень дорогие машины. Вы будете искать компании для выполнения субподрядных работ, пока не сможете позволить себе такой станок стоимостью 750 000 долларов» - сказал Смит.
Смит предложил аналогичные рекомендации по оборудованию для более крупной компании которая хочет начать производство для медицинской сферы.
«Фрезерный станок ЧПУ. Скоростное фрезерование - сейчас очень важно. Раньше я работал в компании на фрезерном центре и на скорости от 8 000 до 10 000 об/мин я думал, что я лечу. Но когда я попробовал работать на фрезерном станке в диапазон от 40 000 до 50 000 оборотов в минуту, это была фантастика, такая скорость позволяет использовать меньшие углы или меньший диаметр инструмента - и большинство этих медицинских компонентов представляют собой очень сложные, маленькие детали» - сказал Смит. «Именно здесь в игру вступает скоростное фрезерование».
Смит добавил, что 5-осевая фрезерная обработка важна, потому что она позволяет производителям получить доступ к пяти сторонам детали.
«Используйте только станки ЧПУ. Меньше времени на настройку, и ваша работа становится лучше, потому что деталь будет производиться за одну настройку», - сказал Смит.
