Существует 5 направлений применения 3D-печати в медицине: обучение студентов, изготовление хирургических инструментов, фармацевтические эксперименты, создание органов и биотканей, построение прочных протезов и анатомических макетов для подготовки к операциям.

Лаборатория 3D-печати на кафедре детской кардиологии и врожденных пороков сердца Гданьского медицинского университета ГМУ (Польша), в настоящее время работает на полную мощность. Ученые заняты выпуском столь необходимых сегодня средств индивидуальной защиты, таких как лицевые щитки и респираторы. В условиях нынешнего кризиса аддитивное производство продемонстрировало главное преимущество – способность оперативно создавать прототипы и изготавливать новые конструкции.

Быстрое макетирование

Защитные маски и респираторы – это приспособления, которые постоянно находятся на лице, поэтому комфортность изделий так же важна, как и функциональность. Более того, есть много вещей, которые просто трудно спрогнозировать  на стадии цифрового проектирования, поэтому возможность быстрого прототипирования, которую предоставляют 3D-принтеры Zortrax, высоко ценится разработчиками медоборудования.

Команда ученых ГМУ может быстро изготовить несколько различных конструкций и провести их через реальные тесты, чтобы наглядно результативности новых разработок работает, а какая идея не дала результата. Существует несколько факторов, которые должны учитываться при определении эргономичности дизайна:

• как быстро можно изготовить объект;
• сколько вспомогательных структур нужно для успешной печати;
• какая постобработка потребуется.

Стандартные хирургические маски предназначены для защиты окружающих от пользователя, а не наоборот. Респираторы являются более сложными устройствами, которые поставляются с корпусом и фильтром. И они сделаны для того, чтобы уберечь от заражения владельца. Вирус SARS-COV-2 имеет размер всего 120 м. Для персонала, работающего с пациентами c COVID-19 или лицами, подозреваемыми в инфицировании, фильтр должен соответствовать требованиям класса HEPA E11 (или выше), чтобы респиратор отвечал установленными стандартами. Поскольку во всем мире существует огромная нехватка масок, производители используют HEPA-фильтры класса Е12 в качестве альтернативы.

Важно, что такие средства индивидуальной защиты должны позволять человеку свободно дышать даже в периоды интенсивных физических нагрузок. Когда маски пропускают слишком мало воздуха, пользователи будут чувствовать себя комфортно в состоянии покоя, но не смогут нормально работать, при физических нагрузках.

Поэтому быстрое прототипирование стало так важно. Можно оперативно напечатать несколько различных конструкций на машинах Zortrax, установить фильтры и передать их тестировщикам для проведения реальных испытаний. Так можно сразу определить, какой дизайн подходит лучше всего.

Быстрое производство

До пандемии лаборатория польского медуниверситета имела принтеры Zortrax M200, M200 Plus, а также модели Inventure и Inkspire. Недавно команда получила принтер Zortrax M300 для 3D-печати респираторов в рамках программы по оказанию брендом помощи пострадавшим от COVID-19. Студенты-волонтеры быстро освоили оборудование и самостоятельно оптимизировали параметры дизайна и печати.

Теперь ученые могут поддерживать текущее производство на М200 и одновременно тестировать новые прототипы респираторов. С усовершенствованным оборудованием можно достичь внушительной ежедневной пропускной способности. Агрегат рассчитан на печать 20 лицевых щитков каждые сутки. С учетом ранее имевшейся аппаратуры общая производственная мощность выросла до 44 экземпляров СИЗ в день. Такая эффективность стала возможна благодаря относительно простому дизайну изделий.

Ранее печать респираторов на 3D-принтере Inventure осуществлялась исключительно в режиме двойной экструзии. Это означало, что используются 2 нити расплавленного пластика : одна – для модели, а другая – для растворимых опорных структур. Применяемая технология повышает точность построения и облегчает удаление опор, но увеличивает время работы. Режим одиночной экструзии, недавно реализованный во всех 3D-принтерах Zortrax Inventure, сыграл ключевую роль в повышении производительности. Устройства оптимизированы таким образом, чтобы использовать как можно меньше поддержек, что значительно повышает производительность, поскольку не тратится время на переключение между опорными нитями.

Результаты печати респираторов на принтере сначала оценил персонал, работающий в отделениях детской кардиологии и врожденных пороков сердца, педиатрии, гематологии и онкологии, клиническом кардиологическом центре, ангиографической лаборатории больницы при ГУМ. Спрос на средства персональной защиты огромен, а 3D-печатное снаряжение, изготовленное в медуниверситете, теперь используется во многих больницах страны. Напечатанные лицевые щитки получили высокую оценку пользователей как за дизайн, так и за функциональность.

После команда ученых взялась за создание компонентов для поддержания стерильности ушных термометров. Здесь медицинская 3D-печать снова решила проблему, с которой слишком часто сталкиваются врачи во время пандемии. Оборудование состоит из полимерного кольца и листа фольги, которые соединяются вместе и используются для предотвращения прямого контакта термометра с телом пациента. В настоящее время подобные компоненты отсутствуют в продаже. Трехмерные принтеры печатают кольца, а волонтеры накладывают на них фольгу вручную.

Источник