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絶望的に不足している人工呼吸器とN95マスクを3Dプリントで量産できるか


新型コロナウイルスのパンデミックにより、製造ラインは混乱しています。

ふだん自動車を製造しているゼネラルモーターズは、人工呼吸器の生産に着手しました。フォードとテスラなどの自動車メーカーがそうです。

一方、ファッションデザイナーのクリスチャンシリアーノは、プロジェクトランウェイのホスティングから医療用マスクの縫製に移行しました。

ベンチレーター(換気装置)とマスクの両方が驚くほど不足しています。

アメリカの病院では、1年にわたるパンデミックに必要なN95マスクの約1%しか確保できていません。

HPからMarkforgedまでの3Dプリンティング企業も、製造作業に参加しています。

プリンターは、たとえば射出成形と同じ大量の製品を生産することはできませんが、プロトタイピングを支援し、大手メーカーが生産を拡大する際の暫定措置として機能します。

これは、コロナウイルスのパンデミックが最も深刻なイタリアですでに明らかです。

3Dプリントでできること

ロンバルディアの病院では、人工呼吸器のバルブが不足しており、通常のバルブメーカーは需要に圧倒されていました。

ローカルの新興企業、Isinnovaが介入し、既存のバルブの3Dプリントされた作業コピーを すべて24時間以内に提供しました。

大量生産は同じスピードで実行に移ることはできません。

量産メーカーは何百万もの同一の部品を安価に製造できる一方で、まったく新しい設計、製造プロセス、およびサプライチェーンの構築には、数年ではなくても数ヶ月かかってしまうと予測されています。

たとえば、ゼネラルモーターズで作ろうとしている人工呼吸器の完成は、稼働中の人工呼吸器の製造からまだ数か月も先です。

3Dプリンターは小規模で動作しますが、数百万ではなく数万の出荷を考えて、今日から始めることができます

では、米国で積層造形は何ができるのでしょうか?私たちは3人の専門家に話しかけ、この危機における3Dプリンティングの潜在的な用途について簡単なFAQを作成しました。

稼働中の人工呼吸器全体を3Dプリントできますか?

答えはノーです。

人工呼吸器は複雑な機械であり、通常、世界中で何百もの部品が生産されています。

1つの3Dプリンターではもちろん、1つの国で人工呼吸器全体を作るのは困難です。

人工呼吸器は、特に3Dプリンターに2つの中心的な課題をもたらします。1 つには、「ほとんどの人工呼吸器にはプラスチックコンポーネントだけでなく電子コンポーネントも組み込まれている」と Formlabsの ヘルスケアディレクターGaurav Manchandaはビルトインについて説明しました。これらの電子機器は、流量(患者の肺に流入している空気の量など)を正確に追跡します。

3Dプリンターは化石のレプリカのような非常に複雑なオブジェクトを印刷できますが、スタートレックのレプリケーターではありませんと専門家は述べています。

通常、一度に1つの素材で作業します。

複雑な内部回路を備えたオブジェクトを印刷することはまだできません。

イタリアのように人工呼吸器の部品を印刷できますか?

こちらの答えはイエスです。

これらの緊急換気装置のコンポーネントを確実に印刷することができます。

実際、これは間違いなく3Dプリンターがこの危機で最もよくできることです。

ほとんど機能しているマシンを、新しいバルブやその他のハードウェアの調整により、機能するマシンに変換します。

しかし、アメリカの規制では、新しい医薬品が病院での行動を見る前に検査が必要です。

つまり、3Dプリントされたバルブは、イタリアでのように、1日以内に使用される可能性は低くなります。

病院は現在、新しい機器のテストプロセスを促進しているが、テストには1週間以上かかってしまう場合があるそうです。

マスクを3Dプリントできますか?

こちらの答えは「品質にこだわらなければイエス」というあいまいなものになりました。

理論上は飛沫核感染から医療従事者を守ってくれるN95マスクを3Dプリントすることも可能です。

これらは、髪の毛の約10分の1の太さの極細繊維で作られた、特殊な種類の合成繊維であるメルトブローン生地に依存しています。3Dプリンターが妥当な速度でプリントできることは言うまでもなく、そのレベルの精度でプリントできるはずです。

しかし、パンデミックの激化に伴い、医療用マスクに関するアメリカの規制は緩やかになり、最近では、マサチューセッツ総合病院のピータースラビン博士が 3Dプリントされた工業用マスクを公に要請しました。

これらのマスクを作成するための公式は無料でオンラインで入手できるようオープンソースにされていますが、それらが機能的であるか臨床的に承認されているかは疑問が残ります。

Markforgedは、マスクに代わるシールドのようなフェイスガードの印刷を模索しています。

Markforgedはまた、HEPAフィルターやその他のフィルター材料を医療用マスクに変換できるハードウェアのプロトタイピングも行っています。

コロナウイルスのテストについてはどうですか— 3Dプリンターはそこで役立ちますか?

イエスです。

FormlabsとMarkforgedは、テストキット用の3Dプリントされた鼻腔スワブの開発に取り組んでいます。

ただし、これらの綿棒は人体の内部( 鼻腔の内部 )に入るものであるため、特に厳しく規制されています。

テストを加速するために、Formlabsは、歯科用として既に承認されている生体適合性のある滅菌可能な樹脂から綿棒を作成しました。これらの綿棒は臨床試験の最終段階にあります。

Markforgedはまた、ラボのテストワークフローを改善できるハードウェアの開発を望んでいます。

これによりカスタムハードウェアは、テストの一括転送など、繰り返されるプロセスの多くの時間を節約できることがわかっています。

たとえばMarkforged は、クライアントのチームが産業用スプールを10分の1の時間で巻き取り、巻き戻すのに役立つハードウェアを開発しました。

3Dプリンターを持っている人なら誰でも、医薬品の不足を解決できますか?

こちらに関しては、イエスでありノーであるという回答です。

3Dプリンターを持っている人なら誰でもプロトタイピングを行いたいと思いますし、多くのオープンソースプロジェクトがそれを実現させるための手助けをしているはずです。

しかし、病院が実際に使用できる人工呼吸器とマスクを作成することになると、課題になってくるのはその品質管理です。

関連するプリンタは、一貫性があり、製品を確実に複製できる必要があります。

プリンターの分散ネットワーク上で何かを作成すると、ユーザーエラーの余地が残り、家庭用・学校用のような卓上3Dプリンターを使用して医療用品をプリントすることは、危険である可能性があります。

一部の中央企業や政府機関が監督するような産業用3Dプリンターならば、最適に機能するレベルに足るものがプリントできるという意見もあります。

すべてを解決するクールで新しい3Dプリント可能なガジェットを発明できますか?

実現したらどんなにいいかと思いますが、それはまったく現実的ではない話です。

現在、高性能で軽量なフェイスマスクをゼロから設計するために使用できるエンジニアリングソフトウェアの開発に取り組んでいますが、新しい研究開発サイクルを開始するのは、今の時期ではないでしょう。

繰り返しになりますが、新しい医療機​​器のテストと承認のプロセスは長いです。

私たちの現在の危機では、非常に困難な状況からリスクを取り除くために、機能し、知られ、証明されている実用的なものが求められています。

既存のものを維持し、新しい研究を行わないことがエンジニアとして、リスクを取り除く最善の方法なのです。

イノベーションに焦点を当てるのではなく、3Dプリント会社、そして一般にテクノロジーシーンが医療専門家の主導に従うのが肝要な時期です。

それらに最も役立つのは” 技術 ”ではありません。

我々にできる確実なことは単純なスプレッドシート、または献血などを地道に行っていくしかないのです。