COVID-19 подсвечивает критическую роль 3D-печати в здравоохранении

В ранние дни реагирования на пандемию COVID-19 3D-печать стала звездой часа, захватывая заголовки газет. Казалось, что каждый, у кого был 3D-принтер, печатал что-то для своей местной больницы.

Месяцы спустя количество историй о том, как 3D-печать используется для изготовления средств индивидуальной защиты (СИЗ) и деталей для вентиляторов, сократилось. Однако роль технологии в борьбе с вирусом продолжила эволюционировать.

Когда COVID-19 ударил, США, как и остальной мир, были застигнуты врасплох. Всплеск спроса на СИЗ привел к истощению запасов защитных экранов, вентиляторов и масок.

Столкнувшись с этой критической ситуацией, частные лица и компании изо всех сил думали, как облегчить положение. Для тех, кто обладал 3D-принтерами, решение было очевидным: заставить их работать на изготовление деталей.

В течение нескольких дней энтузиасты, мелкие мастерские, контрактные производители и корпорации одинаково запустили свое аддитивное оборудование для печати СИЗ. Бесчисленные CAD-файлы разлетелись по миру со скоростью света — от разделителей вентиляторов до концепций заменяемых масок и защитных экранов. Конструкции часто оптимизировались под процесс печати, что сокращало время пред- и постобработки.

Благодаря 3D-печати проекты становились осязаемыми продуктами практически мгновенно. Техника стала постер-чаилдом перехода к Индустрии 4.0, ведь станки требуют минимального или нулевого времени на настройку. Просто загрузите материал, загрузите хорошо спроектированный CAD-файл или слайс, введите параметры, нажмите «печать» — и детали готовы за минуты или часы.

Тем не менее, опора на 3D-печать для устранения дефицита СИЗ имела недостатки. Многие больницы вынуждены были утилизировать подаренные напечатанные детали, так как они не соответствовали необходимым спецификациям. Некоторые процессы 3D-печати, например, не могли обеспечить герметичность деталей, делая определенные компоненты масок непригодными.

В ответ Национальный институт инноваций в аддитивном производстве, Национальные институты здравоохранения, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств и Департамент ветеранов вступили в сотрудничество для быстрой проверки и утверждения жизнеспособных проектов. Усилие помогло стандартизировать печать. Тем не менее, многие изготовители, вероятно, оставались не в курсе существования этого реестра проектов.

Еще один недостаток немедленного ответа 3D-печати на COVID-19 — фокус на компонентах, а не на сборке готовых продуктов. Например, проекты напечатанных ободков для защитных экранов были утверждены, но дополнительные компоненты — прозрачные экраны и резинки — закупались традиционными каналами. Хотя печать таких материалов возможна на 3D-принтерах, они обычно дороги и обрабатываются только на избранных промышленных машинах. Это делало массовое производство этих предметов нецелесообразным. Со временем даже эти ограниченные применения были вытеснены более рентабельными решениями.

Значит ли это, что влияние 3D-печати на ответ COVID-19 было вспышкой в сковородке? Совсем нет. На самом деле, она перешла в роль скрытого, но важного вклада в более рентабельные производственные технологии.

Как показывает ответ на дефицит СИЗ, 3D-принтеры отлично подходят для быстрой итерации дизайнерских концепций и получения осязаемых, функциональных продуктов. Начальная скорость и низкие стартовые затраты делают 3D-печать идеальной для функционального прототипирования. Но когда дизайн зафиксирован, другие технологии обычно становятся лучшими вариантами. Хотя стоимость первых 3D-напечатанных единиц ниже, чем инструмента для литья под давлением, как только инструмент создан, время и переменные затраты на отдельную единицу становятся очень низкими, позволяя литью обогнать 3D-печать при больших объемах. В конечном счете, влияние 3D-печати на борьбу с COVID-19 заключается в поддержке традиционных процессов.

Один из способов — через инструментальное оснащение, создание специальных приспособлений для помощи производственному процессу. Приложения инструментов варьируются широко: от удержания заготовки до обеспечения правильного размещения эстетической детали. Обычно инструменты могут быть изготовлены с помощью доступных настольных принтеров с экструзией материала. Среди множества приложений печати инструментов одним из самых полезных в ответе на COVID-19 стало создание 3D-напечатанных вставок для инструментов литья под давлением. Особенно это делается в коммерческих контекстах с 3D-принтерами на основе порошкового наплавления. Такие системы способны печатать высоко сложные металлические вставки для форм литья. Они проектируются со встроенными конформными каналами охлаждения, позволяющими потоку жидкого охлаждающего агента — обычно воды — активно охлаждать горячий металл, сжимающий отливаемые детали. Исторически эти каналы сверлили прямыми линиями. Но с напечатанными инструментами каналы могут извиваться и поворачиваться так, как это невозможно для традиционных каналов. В результате формы литья с такими вставками охлаждаются быстрее, достигая более коротких циклов и более высокой производительности деталей.

COVID-19 направил прожектор на 3D-печать. Способная быстро итерировать новые дизайны и производить детали для устранения дефицита СИЗ, техника доказала свою ценность и высокую гибкость в ранних جهودях по реагированию. По мере утверждения и фиксации предпочтительных дизайнов 3D-печать все больше переходила к поддержке более традиционных производственных процессов с напечатанным инструментальным оснащением. И тогда, и сейчас она играет ценную роль в производстве СИЗ и ответе на COVID-19.

Куллен Хилкин — основатель и CEO компании 3Diligent.