Инновационные недорогие ингаляторы открывают доступ миллионам:3D-печать помогает экономным исследованиям и разработкам для медицинских устройств

Команда Coalesce Product Development создает десятки прототипов для каждого медицинского устройства.

По данным Всемирной организации здравоохранения, около 262 миллионов человек во всем мире страдают астмой, что привело к почти полумиллиону смертей. Людям, страдающим проблемами дыхания, такими как астма или хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), требуется устройство для ингаляции, облегчающее дыхание. Ингаляционные лекарства могут контролировать симптомы астмы и позволяют людям, страдающим астмой, вести нормальный, активный образ жизни. К сожалению, доступ и доступность являются препятствиями для многих, особенно для незастрахованных и тех, кто проживает в странах с низким уровнем дохода. Исследования, опубликованные в Annals of American Thoracic Society и Journal of Allergy and Clinical Immunology, оценили годовые затраты на человека для лечения астмы от 1800 до 4900 долларов США только на ингаляторы и рецепты на лекарства, включая прямые затраты (например, лекарства и визиты к врачу) - - и косвенные расходы (например, отсутствие на работе). Исследование затрат на здравоохранение в 2005 году показало, что 44% всех людей, страдающих астмой, перестали принимать лекарства или посещать врача, чтобы сэкономить деньги.

Британская компания по производству медицинского оборудования Coalesce Product Development стремится решить некоторые из этих проблем. Компания разрабатывает новые инновационные устройства для доставки лекарств, в том числе ингаляторы и инъекторы, для использования в генерических ингаляционных продуктах, которые предлагают значительно более высокую стоимость, чем фирменные альтернативы, которые могут стоить более 380 долларов в месяц.

Ингаляторы должны использоваться широким слоем общества, от подростков до пожилых пациентов с сопутствующими заболеваниями. Поэтому точный размер, форма и пользовательский интерфейс каждого нового ингалятора должны быть очень тщательно разработаны и протестированы. Чтобы добиться этого, команда Coalesce обратилась к использованию собственных 3D-принтеров для создания прототипов, тестирования и создания различных устройств самых разных форм и размеров. Для тестирования каждого разрабатываемого продукта компания также разрабатывает собственные испытательные стенды, приспособления и приспособления для 3D-печати. ​​

В этом посте мы поговорили с Виннаем Чабильдасом, промышленным дизайнером в Coalesce, чтобы узнать, как команда расширила использование 3D-печати за последние пять лет, почему они продолжают инвестировать в Formlabs для разработки своих медицинских устройств и какие смолы они используют. использовать для разных приложений.

Промышленный дизайнер

Объединить разработку продукта

Виннай Чабильдас использует 3D-печать для создания прототипов, которые выглядят как «похожие», сокращая количество аутсорсинговых услуг и увеличивая скорость итераций дизайна. Конечным результатом являются инновационные устройства для доставки лекарств.

Связаться с Виннаем

Инвестиции в экосистему Formlabs для производства медицинских устройств

Смола Draft Resin используется для проверки приспособлений перед их обработкой.

Компания Coalesce впервые инвестировала в стереолитографический 3D-принтер Form 2 (SLA), когда он был выпущен в 2015 году. В то время команда все еще сильно полагалась на аутсорсинг прототипов, ожидая по дням, пока их части не будут доставлены по почте. Вскоре у команды было несколько Form 2, и они значительно уменьшили свою зависимость от аутсорсинга.

Компания Coalesce использовала форму 2 для разработки и прототипирования важнейшей архитектуры для нескольких ингаляторов и автоматических инъекторов. Например, для корпусов своего электронного устройства для профилирования дыхания (BPD) дизайнеры выбрали белую смолу из-за ее гладкой поверхности и механических свойств, которые позволили им сверлить и добавлять латунные вставки.

Винней сказал в то время, что «стереолитография предлагает хороший баланс разрешения элементов, качества поверхности, долговечности, выбора материалов и точности размеров. Поскольку мы разрабатываем устройства с движущимися частями, нам нужен был эффективный способ создания прототипов небольших механизмов собственными силами. Мы следили за достижениями в технологии 3D-печати за последние несколько лет, и нам понравился подход Formlabs. Когда была выпущена форма 2, мы сразу же заказали одну, а через несколько недель - вторую ».

Первоначально прототипы, напечатанные на 3D-принтере, использовались для разработки внешней архитектуры BPD. Когда дизайн был стабильным, напечатанные части были окрашены и доставлены на конференцию по доставке лекарств в легкие (DDL), ежегодное собрание специалистов по легочной и назальной доставке лекарств. Прототипы BPD выглядели настолько реалистично, что их часто принимали за конечный продукт конечного использования.

В конце концов, те же прототипы устройств были использованы в клиническом исследовании легочной функции. Результаты показали, насколько сильно могут отличаться разные профили неинструктированного вдоха.

Использование сторонних поставщиков обошлось бы примерно в 20 раз дороже, чем исходные затраты на печать деталей собственными силами. Изготовление футляров BPD по Форме 2 стоило 11 фунтов стерлингов по сравнению с примерно 250 фунтами стерлингов при аутсорсинге. Однако, по словам Виннея, реальная выгода - это экономия времени:на печать деталей уходило всего восемь часов, а закончить и покрасить можно было за несколько дней. Такой же процесс займет у внешнего подрядчика неделю или две.

Пример использования ингалятора	Домашняя 3D-печать	3D-печать на аутсорсинге
Стоимость	11 фунтов стерлингов	250 фунтов стерлингов
Время выполнения	1-2 дня	1-2 недели

Резьбу винта можно легко вставить в материалы для 3D-печати. Здесь показана белая смола.

Расширение собственной 3D-печати с помощью формы 3

Быстрое прототипирование жизненно важно для успеха Coalesce.

После внедрения большей части своей 3D-печати с помощью Form 2 и использования машин в качестве рабочих лошадок в течение многих лет команда обновила свой парк, купив три Form 3.

С Form 3 Coalesce была готова перейти от чисто эстетических и внешне похожих прототипов к фактической интеграции 3D-печати в разработку своих устройств, включая создание мелких внутренних функций. Благодаря точности 3D-печати стереолитографии с низким усилием (LFS), предоставленной Form 3, команда смогла решить основные проблемы, стоящие перед разработкой ингаляторов, в частности, проанализировав распределение тонкодисперсных частиц в доставленных сухих порошковых композициях с помощью аналитических испытаний, чтобы гарантировать бесперебойная и точная доставка различных лекарств.

Винней лаконично сказал, что «Form 3 позволил нам печатать мелкие детали и тонкие сетки, а также оптимизировать устройство на этапе проектирования. У нас есть возможность смоделировать деталь, изменить ее на лету и получить физическую деталь за несколько часов. Мы можем исключить стороннего поставщика и быстрее получить детали. Форма 3 абсолютно необходима для нас. Не могу представить, чтобы у меня их не было ».

Сегодня команда работает без перерыва три раза в неделю пять дней в неделю, что делает их неотъемлемой частью процесса разработки. Сценарии использования 3D-печати продолжают расширяться, и теперь команда печатает инструменты, которые помогают тестировать свои устройства. Примером может служить печать различных мундштуков из биосовместимого и безопасного для кожи материала BioMed Clear Resin для испытаний на пациентах. 3D-печать позволяет команде отказаться от создания дорогостоящих пластиковых деталей, изготовленных литьем под давлением.

Винней сказал нам, что причина, по которой его команда остановилась на Formlabs, заключается в том, что «на рынке нет лучшей альтернативы принтерам Formlabs. Существуют и другие платформы, но нет ничего, что могло бы обеспечить качество печати, надежность машины и простоту использования, к которым мы привыкли с Formlabs. Мы настолько хорошо адаптированы к использованию PreForm и Dashboard, что все остальное кажется нам хуже. Начиная с Формы 2 и переходя на Форму 3, мы не переключались ».

Обширная библиотека материалов для 3D-печати SLA

Coalesce использует широкий спектр смол Formlabs.

Одним из основных преимуществ 3D-печати SLA является большая библиотека материалов. Это позволяет одной форме 3 играть несколько ролей внутри организации, распечатывая различные типы деталей в зависимости от приложения.

Чтобы ускорить процесс создания испытательных стендов, команда обратилась к Draft Resin, чтобы быстрее создавать детали. Например, световые приборы печатаются примерно за один час с помощью черновой смолы. Экономия времени жизненно важна, и Винней сказал нам, что «у нас также есть собственный станок с ЧПУ. Возможность протестировать, как деталь с ЧПУ будет выглядеть на 3D-принте, без необходимости настройки станка с ЧПУ, бесценна ».

Coalesce использует библиотеку материалов Formlabs следующими способами:

Разливная смола используется для проверки приспособлений перед их обработкой. Благодаря быстрому времени печати, команда может быстро выбирать различные конструкции приспособлений, менять отверстия для приспособлений и крепления для винтов. Распечатывая несколько приспособлений для каждой платформы сборки, команда может ускорить тестирование своих ингаляторов.

Высокотемпературная смола используется для создания инструмента, который работает вместе с инструментом для термосваривания. Поскольку многие части ингалятора должны быть герметично соединены друг с другом, наличие доступа к настраиваемым инструментам, помогающим контролировать процесс, имеет жизненно важное значение. По словам Виннея, эти детали часто не поддаются механической обработке, а 3D-печать позволяет им создавать инструмент идеальной формы.

Жесткая смола также используется для оснастки. Команда считает, что Rigid Resin идеально подходит для небольших сложных деталей, которые должны сохранять точность размеров, таких как мелкие сетчатые элементы, которые должны оставаться прочными при воздействии сил воздушного потока.

Смола Gray Pro используется аналогично Rigid Resin, в основном, для приспособлений и инструментов. Команда Coalesce обнаружила, что Grey Pro Resin лучше выдерживает износ, например, при зацеплении шестерен или при трении между деталями.

Стандартные смолы (Белая смола и черная смола) используются для эстетических моделей. Белая смола отлично подходит для наружных работ, так как ее легко красить. Полностью окрашенные и подвергнутые последующей обработке отпечатки с использованием White Resin используются в качестве презентационных моделей до того, как устройство будет одобрено для окончательного производства.

Прозрачная смола BioMed используется для печати мундштуков, которые отправляются для тестирования на реальных пациентах. Компания Coalesce тестирует свои устройства в консультации по человеческому фактору, а печать различных мундштуков с использованием смолы BioMed Clear Resin делает более доступным тестирование различных форм на пациентах. Без BioMed Clear Resin эти пластиковые детали пришлось бы формовать под давлением.

Эластичная смола 50А в основном используется в химической лаборатории Coalesce для создания специальных адаптеров, которые подходят для машины для моделирования легких. Адаптер должен надежно прилегать к проверяемому мундштуку, поэтому необходима силиконовая деталь. Эластичная смола 50A может сгибаться, растягиваться, сжиматься и выдерживать повторяющиеся циклы без разрывов, что делает ее идеальной для адаптеров.

Прозрачная смола используется в качестве заливочного материала из-за его полупрозрачного вида. Команда соберет версии своих устройств из прозрачной смолы, отполировает смолу, а затем понаблюдает за тем, как все компоненты объединяются внутри ингалятора. Это позволяет им измерять внутренние детали, которые не будут видны при печати из смолы Black Resin или Gray Pro Resin.

3D-печать для медицинских устройств

Ингалятор, приводимый в действие дыханием (BAI), основан на характеристиках устройства для вдыхания и нажатия, но его легче использовать; пациенты просто открывают-вдыхают-закрывают.

Платформа для дозированного ингалятора сухого порошка (DPI) может принимать несколько составов по отдельности или в комбинации. Он имеет пользовательский интерфейс «открыть-вдох-закрыть» и счетчик доз высокой четкости.

Развертывание собственной 3D-печати может принести огромную пользу и существенно сэкономить время для компаний, занимающихся разработкой медицинских устройств. Его можно использовать не только для создания внешне похожих на прототипы прототипов, но и для сокращения объемов аутсорсинга, увеличения скорости итераций проектирования, создания жизненно важных инструментов, устраняя необходимость в литье под давлением и т. Д.

Используя 3D-принтеры Formlabs, Coalesce Product Development сократила время выполнения заказа для одного медицинского устройства на 80–90 процентов и добилась снижения затрат на 96 процентов. Со временем они продолжили инвестировать и расширять приложения для 3D-печати, что поставило их на передний край разработки ингаляционных продуктов. Снижение затрат и скорость разработки позволили компании разработать устройства для своих клиентов, а также разработать собственную технологию устройств для выдачи лицензий глобальным фармацевтическим компаниям с относительно скромными финансовыми вложениями.

В конечном итоге Винней резюмировал свой опыт использования принтеров Formlabs одним предложением:«Для Coalesce 3D-принтеры Formlabs жизненно важны».

Свяжитесь с Formlabs, чтобы узнать, как настольная 3D-печать SLA может упростить рабочие процессы прототипирования и тестирования, и получить бесплатный образец для вашего конкретного приложения.