カスタマイズされた製造から産業の再設計まで、2つの主要な事例が3Dプリントの独自の価値を明らかにしています

3D プリント技術の価値は、ユーザーにとっての付加価値を生み出すことにあります。現在、3D プリント技術は、工業製造、医療、ファッションの創造性など、ほぼすべての分野で見られるようになりました。多くの先駆者にとって、この技術の応用はもはや時折の試みや「小規模な取り組み」ではありません。3D プリント技術は、彼らの生産や日常業務に欠かせない技術となっています。今号では、3D プリント技術によって生み出される付加価値を理解するために、カスタマイズされた 3D プリントインプラントと固定具の再設計という、異なる業界からの 2 つの応用事例を紹介します。

事例 1: 3D プリントされたカスタマイズされた肩インプラントが銃創患者の運動能力回復を支援

人生における事故は、時には人間の骨に深刻な損傷を引き起こす可能性があります。負傷によっては、整形外科用インプラントによる修復と治療が必要となり、負傷者は徐々に回復していきます。しかし、事故による傷害の損傷や重症度はそれぞれ異なるため、外科医は標準的な大量生産されたインプラントを使用して負傷者を治療できないことがよくあります。この場合、3次元デジタル設計と3Dプリント技術によって設計・製造されたカスタマイズされたインプラントは、医師と患者により柔軟な治療ソリューションを提供することができます。

フランスのディジョンにある大学病院センターは、かつて銃撃による重傷を負った患者の治療に、3Dプリントされたカスタマイズされたインプラントを使用したことがある。患者のナタリー・デュフォー・ダンジョンさんは散弾銃で撃たれ、弾丸は肩関節の前部から入り、肩甲骨から出ていた。彼女の肩の骨格は損傷していたが、幸いなことに神経は損傷していなかった。ダンジョンさんが初めて医師の診察を受けたとき、現在の医療技術では肩関節を修復できないと言われました。紆余曲折を経て、ダンジョンさんは、3Dプリントインプラントで複雑な症例を治療した豊富な経験を持つ、フランスのディジョン中央病院の大学顎顔面外科の医師に連絡を取りました。患者の状態を把握した後、顎顔面外科医は病院で肩関節疾患の治療を担当するヴィアード医師と連絡を取り、最終的にヴィアード医師は3Dプリント技術を通じて患者の治療計画を決定しました。

3Dプリントされた患者の肩関節モデルとカスタマイズされたインプラント。画像提供：Materialise
医師は患者を診察した後、患者の上腕骨に近位関節面がなく、ひどく変形していることを発見した。これは非常に重篤な関節損傷の症例です。患者の3D医療画像には、線維膜に引っかかった患者の三角筋の内側に付着した骨片も確認された。治療を担当したヴィアード医師は、治療を極めて困難にした部分は、患者の関節窩の損傷がひどかったことだと語った。この特定の損傷では、標準的なインプラントと肩甲骨への骨固定では十分な再建スペースが得られません。

カスタマイズされた 3D プリントインプラントで患者を治療することが決まった後、ヴィアード医師は、患者の肩関節のデジタル再構築や 3D プリントインプラントの設計など、手術の計画を立てるためにマテリアライズのエンジニアチームの協力を得ました。

最終的に、医師は患者のためにカスタマイズされた3Dプリント肩インプラントを移植しました。現在、手術から1年以上が経過し、患者さんの肩関節の可動性は回復しました。肩インプラントの骨の成長状態はまだ不明ですが、患者は新しい人生に希望に満ちています。

ケース 2: 再設計と 3D プリントにより、アルミニウム固定具の最適化が促進されます<br /> 製造業における 3D プリント技術の使用は、企業が製品を設計する際に破壊的な設計手法を採用し、製品のパフォーマンスを最適化できることを意味します。 Materialise の設計およびエンジニアリングチームは、複雑な構造物の製造における 3D プリントの利点を活用し、顧客向けのアルミニウム固定具を再設計したことがあります。

アルミ製吸引グリッパーのデザインの進化。画像提供: Materialise
プロジェクトが Materialise エンジニアリングチームに引き渡された時点で、顧客はすでに部品に内部空気チャネルを追加するなど、治具の設計にいくつかの改良を加えていましたが、パイプと接続アームは依然として手作業で組み立てる必要がありました。

内部に空気通路を追加した器具。画像提供: Materialise
3D 印刷技術の場合、部品の製造コストに影響を与える要因は通常、部品のサイズと印刷中に使用される材料の量です。部品設計の複雑さは製造コストにほとんど影響しません。マテリアライズのエンジニアは、3D プリント技術のこの特徴を活用して、より合理化された器具を設計し、器具のリンクにパイプを統合して元の設計を置き換えました。これにより、組み立てに必要な材料と労力が大幅に削減され、接合部での漏れのリスクも排除されます。

3D プリントされたアルミニウム固定具の最終デザイン。画像提供: Materialise
3D プリント部品の設計と製造において、製造効率とコストに影響を与える無視できないもう 1 つの要素があります。この要素は、印刷効果を確実にするために追加された印刷サポート構造です。 Materialise のエンジニアリングチームは、サポート構造が適切に追加されない場合、印刷消耗品のコストと印刷時間が増加することを十分に認識しています。

Materialise のエンジニアは、製品設計と部品の配置を最適化することでサポート構造の使用を削減しました。設計の際、エンジニアは漏斗状のデザインを使用し、印刷の準備時に部品の向きを最適化しました。

このようなアルミ製吸引器具は、部品の寿命を延ばすだけでなく、重量を 60 グラム (元の重量は 237 グラム) に減らし、コストを 3 分の 1 に抑え、製造に必要な労力を削減します。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
3Dプリントは医療分野で深く活用されています：初のプリント心臓血管研究室が設立されました

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