成長を続ける獣医業界に付加製造がどのように役立つか

この投稿は warrior bear によって 2022-12-23 21:02 に最後に編集されました

はじめに: ペットは人間の最良の友人と考えられており、私たちの生活の中で大きな位置を占めています。現在最も人気のある動物の種類には、犬、猫、魚、鳥などがあります。今日では、家庭で飼われている動物の数は以前に比べて大幅に増えています。統計によると、2016年には世界中で推定7,680万匹の犬と5,840万匹の猫が譲渡されたが、わずか4年後にはその数はそれぞれ8,370万匹と6,000万匹に増加した。

付加製造が獣医学を含む多くの分野で応用できることが証明されていることは周知の事実です。獣医学は経済の大きな成長分野であり、現在、米国だけでも約 120,000 人の獣医師がさまざまな病状や状況の動物を治療しています。したがって、ペットの人口が増えるにつれて、業界の価値も高まるのは当然のことです。 Grand View Research, Inc. のレポートによると、世界の獣医活動市場は 2028 年までに 1,144 億ドルに達すると予想されています。しかし、現在では、動物の治療に 3D プリント技術を活用しているのは獣医師だけではなく、民間企業も動物を助けるための新しいアプリケーションの開発に取り組んでいます。しかし、この分野における 3D プリントの限界と可能性は何であり、どのように実装できるのでしょうか?
△獣医市場における付加製造の応用はますます一般的になりつつあります。ここでは、犬の下顎用に設計された義歯を見ることができます (画像提供: Johnny Uday 博士)。
付加製造技術の獣医学への応用 ペットの飼い主は、自分の小動物を最寄りの獣医クリニックに連れて行く時、喜ぶ人はいません。しかし、厄介な健康問題に加えて、高額な治療費（義肢や装具、その他の必要な治療）、長い待ち時間、ペットに適した治療製品がないなどの問題がよくあります。幸いなことに、3Dプリント技術を使用すると、これらの問題の多くは解決できます。さらに、材料開発における革新により、この分野のさまざまなニーズを満たすために、より多くの材料が開発されるようになりました。その結果、これらの材料は、コストの削減、待ち時間の短縮、高度なカスタマイズなど、多くの利点をもたらすことができます。ただし、革新的な方法により、ペットの治療に必要なさまざまな手順を形作り、簡素化することもできます。通常、外科手術で使用されるPEEK、PEKK、歯科用プラスチック（ナイロン、PLA、PVAなど）などの材料は、積層造形に応用されています。
獣医学における付加製造技術の具体的な応用 付加製造が獣医学でどのように使用されているかをより深く理解するには、まず従来の方法を理解する必要があります。たとえば、獣医師が治療に用いる伝統的な方法の多くは、時には細部に至るまで人間の医療で用いられる方法と類似しています。しかし、動物と人間の治療には類似点があるにもかかわらず、一部の治療法は単純に不可能であることを覚えておく必要があります。通常、手術を受ける前や義肢を作成する前の最初のステップはスキャンです。一部の動物は、本能やその他の問題（特にじっとしている能力に関係）により、標準的な獣医用 CT スキャナーの使用に適していません。最初の課題はすでにここで発生しており、ここで 3D 技術を利用するメリットが明らかになります。
従来、獣医師は中枢神経系を落ち着かせる鎮静剤を使用してきましたが、これもコストがかかり、時間がかかります。 3D スキャンでは、鎮静剤を必要とせずに迅速にスキャンを実行できるだけでなく、高い精度でスキャンを実行できます。これはポータブルデバイスなので、危険な動物（ワニや水中に生息する動物など）に対しては役に立たない従来の CT スキャナーとは異なり、あらゆる種類の動物を支障なくスキャンできます。
その良い例は、2013年に科学者らがトレーラーの中で尾の折れた状態で発見した、3Dスキャンされたワニの「ミスター・スタッブス」です。これは取るに足らないことのように思えるかもしれませんが、ワニの尻尾は水中での移動や操縦に使用されるだけでなく、尻尾の付け根に脂肪が蓄えられており、動物の健康にとって非常に重要です。アリゾナ州グレンデールのミッドウェスタン大学は、ワニのリハビリを支援するために、Artec 3D スキャナーを使用して、最近死亡したワニの尾をスキャンしました。研究者たちは、3Dスキャンを使用して尾の細部をすべてキャプチャし、スタッブスの正確な寸法にわずかな変更を加え、最終的に新しい尾を作成しました。
△従来の方法では、尾のこのような正確な画像を取得することは不可能です（画像提供：Artec経由のSTAX3D）。
積層造形のパーソナライズされたカスタマイズ 動物の治療に関しては、獣医師や動物病院は付加製造を利用することで幅広いプラスの効果を実現できます。たとえば、義肢、装具、インプラント、歯科用部品、さらには手術前の使用に適したカスタムモデルの製造に使用できます。動物の種によって生物学的条件やニーズが異なるため、考慮する必要がある要素の数が計り知れないほど増えることを考慮すると、その利点は明らかです。たとえば、犬のような動物は、犬種によって解剖学的構造が大きく異なります。たとえば、成犬のニューファンドランドとダックスフントを比べると、大きな違いがわかります。明らかに、治療の個別化が不可欠です。
3Dプリントされた装具や義肢は最長5年間使用できるため、獣医学におけるこの技術の利用がさらに促進されます。印刷された添え木は、関節、骨、さらには筋肉の痛みを軽減、安定、矯正できる整形外科用補助具として動物の体に取り付けられます。一例として、胸壁にまれな先天性奇形を持って生まれた生後3か月の猫のために獣医師が作成した3Dプリント義肢があります。獣医師のマッテオ・ザンファブロ氏は、猫の致命的となる可能性のある奇形を治すために3Dプリント技術を活用した。 PETG 製で Ultimaker S3 で 3D プリントされた治療用副木は、子猫のサイズや変形に合わせて個別に調整できるだけでなく、その過程で動物の成長も考慮されます。必要な安定性を確保するために、副木は外科用糸で閉じられ、パッドが詰められます。 3D プリント技術の利点がここに実証されています。付加的に製造された副木を使用した後、子猫の運動障害はなくなりました。
△3Dプリントされた副木、義肢、装具は、動物の生活を楽にするだけでなく、動物を救うこともできます（写真提供：Matteo Zanfabro、PlayVet経由）
しかし、それだけではありません。コシツェにあるスロバキア工科大学の研究チームは、研究の過程で、獣医矯正歯科の分野における付加製造の利点の問題に取り組んできました。遊んでいる間に食べるのに重要な歯を失った生後 15 か月のラブラドール犬を例に挙げ、研究者たちは積層造形法で何が可能かを実証しました。この歯は再生しませんが、栄養失調を防ぐためにも重要なので、個別の解決策が必要です。研究者たちは、若い犬の顎にまだ残っていた同じ歯をスキャンし、このスキャンデータを金属3Dプリント技術を使用してインプラントに加工できるようにしました。この場合、積層造形を選択する理由の 1 つは、一方では正確なスキャンが可能であり、他方では、新しく作成された歯が既存の歯の隙間にぴったりと収まる必要があるため、印刷が非常に正確でなければならないことです。再生段階を経ると、ラブラドールの付加製造された歯は天然の歯よりもさらに硬く、耐久性が増します。
動物の歯の問題を考えると、5年前に積層造形技術を使い始めた獣医師のジョニー・ウダイ博士は、他の潜在的な課題についての洞察を次のように示しています。「歯の問題は非常に一般的で、多くのペットの顎を破壊し、骨に骨折（大きな穴）を引き起こします。しかし、犬のサイズはさまざまであるため、標準化されたプレートは大きすぎたりかさばったりして、役に立つどころかダメージを与える可能性があります。したがって、この技術の優れた応用は、完璧にフィットしサイズも調整できる個別のカスタムメイドのプレートを開発することであり、さらに、歯根、血管束、神経、リンパ系、および適切な機能と適切な治癒に不可欠なその他の構造を損傷しないように穴あけを計画することもできます。」
△ 3Dプリントされた歯のおかげで、この犬は再び食べられるようになった（画像提供：TU Košice）
さらに、獣医学における付加製造は、外科モデルや解剖モデルの作成に適しています。ここで、外科モデルは、獣医師が手術時間を大幅に短縮しながら、より良い手術結果を達成するのに役立ちます。具体的には、それぞれの動物患者の正確な切断面と穴を含む 3D プリントされたテンプレートであり、外科医はこれらのテンプレートで事前に練習することができます。これは、困難で稀な手術だけでなく、十字靭帯断裂などの整形外科的損傷や、先天的な四肢障害にも当てはまります。解剖モデルは、鍼灸モデル、臓器モデル、骨モデル、さらにはスポーツモデルに分類でき、獣医師にとっても大きな助けとなります。しかし、これらの3次元モデルは獣医師にとって有利であるだけでなく、学生や将来の獣医師にとっても有利であり、それに応じて学習や研究に役立ちます。
付加製造技術を獣医学に応用すると、犬、猫、鶏、牛などに大きな効果を発揮します。しかし、チワワ、カエル、ハムスターなどの小動物の場合は、より複雑になります。ジョニー・ウダイ博士の説明によると、その理由は、動物の解剖学的構造が小さいため、切開ガイドやインプラントの作成が大型動物よりも困難になるからだという。しかし、3D プリントをワークフローに導入する場合、おそらく最大の課題はテクノロジーの習得です。ジョニー・ウダイ博士は、3D プリント用のさまざまなソフトウェアと生体材料を学ぶことが重要であると指摘しました。
民間企業による獣医用付加製造技術の開発 多くの獣医師がすでに付加製造技術を活用していますが、企業もこの分野に大きな可能性を見出しています。その結果、獣医分野で付加製造技術を使用する企業のリストは拡大しています。ほんの数例を挙げると、Think3DDD、PlayVet、CABIOMEDE、DiveDesign、さらにはFormlabsやArtec3Dなどです。この場合、獣医師と営利企業の間に存在する主な違いは、主に教育的背景であり、営利企業で働く個人は主に工学の学位を持ちますが、獣医師は当然ながら獣医学の学位を持っています。さらに、両者の状況は異なります。企業はこれらの製品を製造・販売し、サービスと製品のパフォーマンスを提供することで自社の市場を開拓します。対照的に、獣医師は、より効率的に作業し、ワークフローを改善し、全体的なアプローチの一部として AM を使用するために AM に注目しています。しかし、教育的背景は異なっていても、目標は同じです。それは、付加製造を利用して動物の命を救ったり、治療プロセスを簡素化したりすることです。
ベルリンを拠点とする Think3DDD は、ティノ・ヤコビ氏によって設立されました。同氏は次のように説明しています。「3D プリント医療機器はカスタマイズ性が高いため、学際的なアプローチが必要です。そのため、私たちは治療を担当する獣医師と非常に緊密に連携しています。そのため、治療に同行する獣医師から提供された情報に基づいて、適切な装具や義肢を製造しています。」
NordicVet3Dのオーナーであるアレクサンダー・ゼン氏は、市場には積層造形技術を採用していない獣医師がまだ多数いると語った。彼は次のように説明しています。「経済的な理由以外、3D プリントを使用しない理由は見当たりません。3D プリントの利点は数多くあります。たとえば、使用したいネジやプレートが個々のケースに最適かどうかを確認できます。これにより、失敗のリスクや、死亡率や罹患率の増加につながる再手術の必要性を最小限に抑えることができます。また、手術時間を短縮し、手術の実際のコストを削減できることもわかっています。」
プロセス、テクノロジー、プロセスで使用される材料に関して言えば、最初のステップは 3D スキャンであり、スキャンアプリのおかげでスマートフォンでも実行できます。スキャンが会社の場所または獣医の場所で行われると、ソフトウェアを使用して、たとえば義肢や装具のデジタル画像が作成されます。 3Dプリントと後処理後、そのまま着用できます。 FDM/FFF 技術を使用する場合、さまざまな厚さの熱可塑性ポリウレタン (TPU)、ポリプロピレン (PP)、ポリブチレンテレフタレート (PET) などの材料を使用できます。
△ Think3DDDでは、スマホでスキャンしてファイルを生成し、最終的に3Dプリントを行う（画像出典：Think3DDD）
獣医学における付加製造の限界 獣医学における付加製造の利点は問題や課題をはるかに上回りますが、この分野での使用には依然として制限があります。動物に使用できるインプラント材料の範囲はすでに非常に広範囲ですが、それに比べて生体適合性材料の選択肢は依然として非常に限られています。さらに、AM インプラントにおけるバイオフィルムの形成は大きな問題の 1 つです。このバイオフィルムは、特に耐性があり、除去が困難な細菌の集合体です。このようなバイオフィルムは3Dプリントされたインプラントにも形成される可能性があるため、ウダイ博士はここでの課題は特に大きいと考えています。
PlayVet の Matteo Zanfabro 氏は、獣医分野における付加製造のその他の課題について語り、獣医の仕事で非常に多くの異なる材料を使用すること自体が課題であると指摘しました。用途に応じて、非常に硬いプラスチックから分解可能な材料まで、さまざまな特性を持つ材料が必要であることを理解することが重要です。特に、品質と生産時間の間の最適な妥協点を常に見つける必要があるためです。 Matteo Zanfabro 氏はまた、メーカーの 3D プリント仕様が実際の結果と一致しないことが問題であり、そのため、各材料と各メーカーを試し、テストし、検証して、材料が製品と処理に適していることを確認する必要があると述べました。このプロセスは時間がかかるだけでなく、コストもかかり、この種の品質テストには数週間かかります。
付加製造技術のおかげで多くの動物の命が救われたことを認識することは重要であり、そのリストはまだまだ続きます。ここで付加製造が登場します。営利企業と獣医師にとって解決しやすいケースと難しいケースがありますが、現在の課題はすべて、獣医学における付加製造の応用に新たな機会をもたらします。

成長を続ける獣医業界に付加製造がどのように役立つか

韓国政府は今年、3Dプリント産業の振興に400億ウォン（2億3400万人民元）以上を費やす予定だ。

マグネシウム合金ワイヤーDEDレーザー金属3Dプリント技術、より軽くて強い

Farsoon Technology、Siemens、Toolcraft AGが共同で「レーザーパウダーベッド技術の産業応用」イベントを開催

NASAが宇宙に送った3Dプリントプラスチック材料リサイクルシステム

AVICマットは金属3Dプリンター設備と高性能粉末材料の画期的な進歩により、国際市場での取り組みを進めています。

柔らかいミスト視覚効果、繊細なタッチ - eSUNマット樹脂

Anycubic の低価格 DLP プリンターが Kickstarter でリリースされる予定: Photon Ultra

蘇州北峰は、最小壁厚0.1mmの純粋な「タングステン」散乱防止グリッドの3Dプリントに成功しました。

Oqton「0キー」24時間全自動3Dプリント生産ラインレイアウト、デジタル矯正歯科の大量生産が可能に

有限要素シミュレーション計算と複合3Dプリント構造部品の応用の簡単な分析

推薦する

南開大学の孔徳玲、朱美峰、スティーブンス工科大学の王宏軍：末梢神経再生のための配向マイクロファイバーの3Dプリント

DediBotとの独占インタビュー：伝統的な製造業の大手企業がひっそりと3Dプリント分野に参入

業界観察丨3D プリントは中国のスマート製造業に貢献できるか?

積層造形法を用いた超吸音のための階層的に調整可能な細孔構造を持つ超疎水性セメント

ラムダビジョン、宇宙で新たな人工網膜バイオプリンティング研究を開始

3Dプリントに基づく高多孔性月面土壌3次元模擬体の小位相角における光散乱特性の研究

CCTVニュースは次のように報じた。「アップグレードされた3Dプリンターが国際宇宙ステーションに到着した。」

連泰科技が上海SFEO生産者サービス産業ブランド価値リストに選出

ハードウェア、材料、ソフトウェアのエコシステムを構築する、大規模スケーラブル金属3Dプリント装置SLM800

人類は月にギャラリーを建設し、シンガポールは初の3Dプリントアート作品を提供する

3D Systems、エアバスのOneSat衛星の主要部品を積層造形

ポリライト：技術主導からコスト主導への変革、金属3Dプリントを大量生産の時代へ導く

【分析】溶接をベースとしたニッケル基高温合金の付加的再生技術

3Dプリントカメラはクラシックな35mmフィルムとソニーのレンズを組み合わせた

電気を生成する3Dプリントバイオニックキノコ