Streszczenie
Powtarzalność i dostosowanie do potrzeb klienta są głównymi czynnikami w produkcji wyrobów i akcesoriów medycznych. Dotyczy to w szczególności wkładek ortopedycznych, które są bardziej skuteczne, gdy są uformowane i dopasowane do unikalnego kształtu ciała stopy pacjenta. Dlatego klinicyści i producenci szukają sposobów na tworzenie wyrobów lepiej dostosowanych do potrzeb pacjentów, przy jednoczesnym utrzymaniu (lub zwiększeniu) szybkości produkcji i zachowaniu poziomu jakości, którego oczekują pacjenci.
Wkładki ortopedyczne
Indywidualne wkładki ortopedyczne są przepisywane przez certyfikowanego ortotyka lub podiatrę pacjentom z chorobami, które wpływają na stabilność i chód, takimi jak cukrzyca (choroba, której liczba przypadków według prognoz wzrośnie o 55% do 2035r.) lub otyłość, względnie do codziennego użytku w celu poprawy komfortu i równowagi, szczególnie w populacji osób starszych (powyżej 65 lat), których grupa według prognoz wzrośnie o 19,6% do 2023r. Wkładki są również przepisywane biegaczom, czyli grupie populacji amerykańskiej, która w latach 2008-2013 uległa powiększeniu o 3000%. Biorąc pod uwagę powyższe dane, przewiduje się, że w latach 2018-2023 wkładki ortopedyczne odnotują szacunkową złożoną roczną stopę wzrostu na poziomie 7%, przy wzroście przychodów o 40%.
Obecne metody produkcji
Wkładki na zamówienie są produkowane po zdiagnozowaniu stopy pacjenta, po czym wkładka jest formowana próżniowo i produkowana metodą obróbki CNC. Ponieważ wkładki te są dostosowywane do stopy pacjenta, zwykle wiążą się z wyższym kosztem ze strony pacjenta. Aby stworzyć wkładki ortopedyczne dostosowane do indywidualnych potrzeb, klinicyści stosują trzyetapowy proces: diagnozę, projekt wkładki i produkcję. Istnieją trzy główne metody produkcji wkładek ortopedycznych na zamówienie:
- Formowanie próżniowe: Producenci używają gipsu do wytworzenia formy stopy pacjenta, a następnie formują próżniowo formę w celu stworzenia urządzenia dostosowanego do indywidualnych potrzeb.
Formy gipsowe
- Obróbka CNC: Stopa pacjenta jest skanowana, a końcowy produkt jest tworzony za pomocą obróbki CNC.
Proces skanowania stóp przeprowadzony przez iOrthotics
- Drukowanie 3D: Druga opcja cyfrowa również obejmuje skanowanie stopy, ale proces produkcyjny jest realizowany przy użyciu technologii druku 3D.
Po lewej: Skanowanie stóp z Invent Medical;
Na górze po prawej stronie: Obraz termiczny stopy z iOrthotics;
Na dole po prawej stronie: Cyfrowe zdjęcie wkładek firmy Invent Medical
Producenci wkładek do butów, którzy chcą rozwijać swoją działalność, muszą znaleźć sposoby na pokonanie niektórych typowych wyzwań związanych z istniejącymi metodami produkcji, w tym:
- Wielokrotne ustawianie i znaczna liczba godzin pracy operatorów maszyn utrudniają skalowanie działalności przy użyciu istniejących metod produkcji.
- Przycinanie i szlifowanie krawędzi wkładek po obróbce CNC może być pracochłonne , zajmować do 20 minut na parę, a proces ten jest podatny na błędy ludzkie.
- Pozbywanie się odpadów wymaga przydzielenia zasobów i zadań do obsługi materiałów.
- Urządzenia i surowce, które są niezbędne do tradycyjnej produkcji, zajmują znaczną ilość miejsca.
- Dotychczasowe metody prowadzą do powstania wkładek niezróżnicowanych lub produktów uniwersalnych dla pacjentów, którzy mają różne potrzeby medyczne.
Technologia druku 3D
Oczywiście odbiorca może być niezdecydowany co do przyjęcia druku 3D ze względu na duży koszt inwestycji początkowej i potrzebę całkowitego usunięcia i zastąpienia istniejących systemów. Jednak wraz z rozwojem technologii druku 3D, producenci mogą eksperymentować z nowymi metodami produkcji z większą swobodą i kreatywnością, oferując korzyści również lekarzom i pacjentom. Technologia HP Multi Jet Fusion (MJF) jest przełomową technologią druku 3D, która może stanowić wartość dodaną do produktu końcowego pod względem wydajności i jakości, a także może pomóc usprawnić proces produkcji.
Jak druk 3D może zoptymalizować produkcję wkładek
Korzyści płynące z drukowania wkładek ortopedycznych w technologii 3D obejmują zarówno producenta jak i pacjenta.
Na etapie projektowania klinicyści mogą bezproblemowo zeskanować stopę pacjenta i dostosować projekt do jego specyficznych potrzeb, co skutkuje dokładniejszym produktem końcowym dla pacjenta. Proces ten eliminuje konieczność wielokrotnych wizyt klinicysty i pacjenta, które są wymagane do badania i dopasowania formy gipsowej.
Wśród opcji druku 3D, technologia HP Multi Jet Fusion może dodatkowo pomóc klinicystom i producentom, oferując możliwości personalizacji, szybką produkcję i wysokiej jakość i produkt dla pacjenta.
Wkładka od iOrthotics
Przeniesienie produkcji wkładek na wyższy poziom
Inwestowanie w technologię druku 3D może pomóc producentom zaoszczędzić na wydatkach w dłuższej perspektywie, dzięki konsolidacji produkcji, a tym samym nawet sześciokrotnej redukcji pracy ręcznej związanej z tradycyjnymi procesami produkcyjnymi oraz wykorzystaniu zalet technologii, takich jak powtarzalność i dokładność. Technologia HP Multi Jet Fusion może zaoferować producentom wkładek swobodę zmiany sposobu projektowania i produkcji wkładek dzięki następującym korzyściom:
Indywidualny projekt
Swoboda projektowania i jakość części dostępna dzięki technologii HP MJF pozwala producentom na:
- Zwiększenie komfortu poprzez zmniejszenie ciężaru i grubości tam, gdzie materiał nie jest potrzebny (minimalna grubość 1 mm).
- Wzmocnienia miejscowe zwiększają sztywność tylko tam, gdzie jest to konieczne.
- Zwiększenie przyczepności pomiędzy wkładką a butem poprzez zastosowanie tekstur.
Innowacyjne i niestandardowe projekty wkładek pozwalają również na wyróżnienie marki poprzez dodanie logo firmy lub spersonalizowanie produktu.
Powtarzalne, wysokiej jakości części
Technologia HP MJF umożliwia produkcję wkładek o właściwościach izotropowych i doskonałej dokładności wymiarowej.
Wkładki iOrthotics
Wkładki obrabiane CNC wymagają znacznego nakładu pracy ręcznej po obróbce (usuwanie mocowań, szlifowanie i polerowanie). Oznacza to, że ręcznie produkowane wkładki mogą nieznacznie różnić się pod względem dokładności wymiarowej (do 1 mm), a gdy klient zażąda tej samej pary, którą zamówił kilka miesięcy wcześniej, może być trudno ją dokładnie odtworzyć. Operacje obróbki końcowej HP MJF nie wymagają szlifowania, dlatego pozwalają na uzyskanie wysokiej powtarzalności w ogólnych tolerancjach +/- 0,3 mm (grubość wkładki).
Niższe koszty produkcji, mniej odpadów
W porównaniu z innymi technologiami druku 3D, technologia HP Multi Jet Fusion może zapewnić niższy koszt wytworzenia jednej części.
W porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji, zastosowanie technologii HP MJF może spowodo wać 6-krotne zmniejszenie nakładu pracy ręcznej, ponieważ projekty mogą być przesyłane bezpośrednio do drukarki. Równoważny zespół obróbki CNC wymaga zazwyczaj wielu operatorów. Dzięki temu HP MJF jest łatwiejszy do skalowania. Przycinanie i szlifowanie krawędzi za pomocą obróbki CNC może zająć do 20 minut na parę. Dzięki technologii HP MJF, załadowanie i rozładowanie drukarki HP Jet Fusion 3D oraz wprowadzenie wkładek do automatycznej maszyny do śrutowania może zająć tylko 3 minuty na parę, co redukuje czas i koszty pracy ręcznej.
Ponadto, technologia HP MJF może pomóc w zmniejszeniu ilości odpadów nawet 20-krotnie w porównaniu z procesami produkcji częściowej.
Szybsza produkcja i reakcja na potrzeby pacjentów
Skrócony czas realizacji dzięki HP MJF oznacza, że lekarze mogą zgłaszać zmiany w projekcie, a te mogą być szybciej wdrażane i testowane. Kiedy stan zdrowia pacjentów zależy od prawidłowego ułożenia, chodu i komfortu, szybki dostęp do dostosowanej wkładki może znacząco poprawić jakość życia.
Zautomatyzowane przetwarzanie
Dzięki HP MJF, wkładki są gotowe po opuszczeniu drukarki 3D, a obróbka końcowa, taka jak piaskowanie, może być zautomatyzowana.
Mniejsza powierzchnia magazynowa
Produkcja części przy użyciu tradycyjnych metod i maszyn wymaga znacznej powierzchni magazynowej; dzięki HP MJF, rozwiązaniom i materiałom eksploatacyjnym można ją zmniejszyć nawet 7-krotnie.
Zalety materiału HP 3D High Reusability PA 11
Wkładki wyprodukowane w technologii HP MJF mogą być drukowane przy użyciu HP 3D High Reusability PA 11 (HP 3D HR PA 11), proszku, który wytwarza mocne, plastyczne, funkcjonalne części, idealne do protez, wkładek i obuwia sportowego.
Wydajność produktu
Wkładka Footwork
HP 3D HR PA 11 charakteryzuje się zwiększonym wydłużeniem przy zerwaniu , zapewniając odporność na uderzenia w przypadku produktów, dla których trwałość ma kluczowe znaczenie, takich jak wkładki sportowe. Wydłużenie to pozwala na silne zgięcie wkładki bez jej złamania lub wytworzenia minimalnych odkształceń, co oznacza, że wkładka odzyska swój pierwotny kształt. Materiał HP 3D HR PA 11 oferuje również lepsze odprowadzanie wody i odporność na ścieranie. Chociaż przyleganie kleju do poduszki wkładki może być wyzwaniem w przypadku materiałów obrabianych z PP, materiały PA 11 mogą osiągnąć optymalne przyleganie kleju, co skutkuje ogólnymi korzyściami dla wkładek.
Minimalizacja odpadów i kosztów dzięki odnawialnemu surowcowi
HP 3D HR PA 11 został zaprojektowany z myślą o zmniejszeniu wpływu na środowisko i zminimalizowaniu ilości odpadów przy jednoczesnej optymalizacji kosztów i jakości części dzięki:
- Surowiec odnawialny z roślinnego oleju rycynowego.
- Wiodąca w branży możliwość ponownego wykorzystania nadwyżki proszku, co może również pomóc zoptymalizować
koszt jednostkowy części.
Produkcja wkładek przy użyciu HP MJF: Przykłady
iOrthotics
iOrthotics produkuje wkładki na zamówienie dla pracowni ortopedycznych i klinik podologicznych na całym świecie. Wcześniej australijska firma wykorzystywała do produkcji wkładek metody subtraktywne (obróbka CNC) oraz metodę odlewu gipsowego, co dawało w efekcie około 30 plastikowych wyrobów dziennie.
Firma iOrthotics dostrzegła w druku 3D, a w szczególności w technologii HP Multi Jet Fusion, szansę na zwiększenie skali produkcji, zmniejszenie ilości odpadów powstających przy zastosowaniu tradycyjnych metod oraz przyspieszenie produkcji, tak aby sprostać wymaganiom rozwijającego się przemysłu. W przypadku tradycyjnych metod czas produkcji wynosił do dwóch tygodni, natomiast w przypadku HP MJF, firma iOrthotics może przejść od skanowania do wysyłki w ciągu trzech do pięciu dni, przy dziennej produkcji około 90 wyrobów dziennie.
“Możliwość tworzenia zindywidualizowanych części na dużą skalę zapewnia zmianę paradygmatu” – mówi Dean Hartley, założyciel i dyrektor generalny firmy iOrthotics.
“Firma iOrthotics uległa przekształceniu, aby wykorzystać tę zmianę technologiczną. Technologia druku 3D HP Multi Jet Fusion umożliwia masowe dostosowanie do potrzeb klienta.”
Invent Medical
Firma Invent Medical przeszła od produkcji z wykorzystaniem procesów subtrakcyjnych do technologii HP Multi Jet Fusion, aby produkować wkładki na zamówienie. Lekarze mogą wykonywać trójwymiarowe skany stóp pacjenta i przesłać je na stronę internetową firmy Invent Medical, gdzie można wybrać i dostosować produkt końcowy do druku.
“Dzięki HP Multi Jet Fusion jesteśmy w stanie zaprojektować i bezpośrednio wydrukować produkt końcowy” – mówi główny projektant firmy Invent Medical, Ales Grygar. “To pozwala nam dostarczać wkładki ortopedyczne o wyższej wydajności, które są lżejsze, bardziej elastyczne i wygodniejsze.”
Technologia HP Multi Jet Fusion pomogła stworzyć więź między pacjentem, opiekunem i producentem sprzętu medycznego, a także umożliwiła firmie Invent Medical rozwinąć swój model na skalę globalną.
Crispin Orthotics
Firma Crispin Orthotics z siedzibą w Wielkiej Brytanii dostarcza rozwiązania i produkty ortopedyczne dla Państwowej Służby Zdrowia oraz pacjentów prywatnych. Zamiast polegać na tradycyjnych procesach produkcyjnych, które są powszechne w branży wkładek ortopedycznych, firma Crispin postanowiła przetestować inne technologie, takie jak druk 3D, aby pomóc im poprawić dokładność.
Dzięki technologii HP Multi Jet Fusion, firma Crispin eksperymentowała ze złożonymi geometriami, aby produkować bardziej efektywne i nowocześniej wyglądające urządzenia dla pacjentów. Materiały takie jak HP 3D HR PA 11 pomagają Crispin zmniejszyć objętość w swoich urządzeniach, takich jak wkładki do butów, jednocześnie poprawiając trwałość i wytrzymałość.
“Branża wkładek ortopedycznych ma tendencję do dość tradycyjnej produkcji” – mówi Mark Thaxter, dyrektor zarządzający Crispin Orthotics. “Druk 3D pozwala na tworzenie produktów, których wcześniej nie byliśmy w stanie wytworzyć.”
