精密機械加工が医療機器製造の将来に与える影響

ラルフ・ゾーンチェンス著

2022 年 6 月 15 日

10:36

従来の製造とは異なり、精密機械加工ではサブミクロンの精度で部品が製造されます。 医療用途では、これにより、小型化、個人に合わせたフィット感、高性能という重要な利点がもたらされます。 3D プリンティングを専門とするプロダクト デザイナーの Ralph Zoontjens が、精密機械加工が医療機器の製造にどのような影響を与えているかについての洞察を共有します。

Unsplash の Daniel Smyth による写真

インダストリー 4.0 が本格化し、デジタル製造への一歩を踏み出す企業がますます増えています。 CNC マシンは、強化された人工知能と精度により、猛スピードで材料を削り取り、製品が設計エンジニアの意図を確実に満たすようにします。

精密機械加工では、部品がミクロン単位で 3D モデルと一致するため、幾何学的な寸法と公差を求める苦労は終わります。

同じバッチの部品間で偏差が見られることが多く、高いスクラップ率とパフォーマンス要件を満たすことができなくなる原因となるため、これはかなりの成果です。

コンピューター数値制御 (CNC) は、3D プリンティングの熱影響ゾーンやその他の機械的欠陥を把握しないため、プロトタイプや術前計画モデルに適しています。 材料をそのままフライス加工することで、均一な機械的特性が維持され、より高い品質基準を満たすことができます。

精密テクノロジーは、単なる段階的な改善ではありません。 それは医療用途に根本的な影響を与えます。

一生のかなりの期間、体内や体内に持ち運べる、長持ちする部品を作ることができます。 これまで不可能だった解決策により、胎児、血管、脳などに対する新しい形態の顕微手術が可能になります。

一連のデバイスは精密機械加工に依存しています。

インスリンポンプ

除細動器

心臓モニターインプラント

ペースメーカー

ドラッグデリバリーシステム

腎臓透析装置

生体認証トラッカー

ポータブルX線装置

MRIスキャナー

精密テクノロジーにより、製品のケーシング、内部アーキテクチャ、電子機器の統合、生体認証トラッカーやデジタル X 線の配線ソリューションが最適化されます。 心臓モニターのインプラントやペースメーカーなどのウェアラブル機器の場合、極薄壁のマイクロ成型エンクロージャーを備えた低侵襲性のフォームファクターは、快適さと美的感覚の両方の点で革新的です。

同社が製造する器具は、心臓弁手術などのロボット支援手術も可能にします。 そして、隔壁、センサー、マイクロエレクトロニクス、マイクロニードル、ステント、微細加工ネジなどの小さな部品の大きな成長を目の当たりにしています。 言うまでもなく、これにはサプライヤー側の高度な専門知識が必要です。

精密機械加工により、プロテーゼや装具などの重要な用途に完璧にフィットします。 これらのテクノロジーのおかげで、人々は単にサポートされていると感じるだけでなく、より能力が高くなったと感じます。

以下の代替品は、通常、多軸 CNC 機械を使用して、ポリエチレン、アクリル、ポリエチレン テレフタレート、またはポリエーテル エーテル ケトンのプラスチック部品を使用したチタンまたはコバルト クロムからフライス加工されます。

肩、股関節、膝の主要な関節インプラント

手、足首、肘のインプラント

頭蓋形成術インプラント

脊椎インプラント

脳脊髄液シャントシステム

フェイキックレンズ

植込み型カテーテルポート

人工内耳

身体スキャンに基づいて、これらの複雑なソリューションを機械加工して、患者の生体力学に正確に合わせることができます。 これは、伝統的に手作りされたコンポーネントとはまったく対照的です。 精密に機械加工された製品により、人的ミス、患者の不満、二度目の手術はなくなります。

外科医や歯科医などの専門家は、精密製造を利用できることから恩恵を受けます。 好みに応じて、カッター、生検針、インプラント ホルダー、鉗子、ネブライザー、ブレード ハンドルなどのカスタム ツールを開発したり、ロボット アシスタントにカスタム グリッパーを装備したりできるようになりました。

将来的には、医療専門家はデジタル カスタマイザー アプリを使用して、仕様に合わせたオーダーメイドのコンポーネントをローカルでオンデマンドで作成するようになるでしょう。

機能的な利点に加えて、社会的受容性の要素もあります。つまり、股関節補聴器、杖と松葉杖、薄肉の機械加工された生体認証リング、その他のウェアラブル医療機器をファッションに精通した人々に提供することです。

伝統的な製造から精密製造へのステップアップは、手押し車をレースカーに変えるような気分です。 電気駆動のオイルフリー装置により、汚染物質が防止されるだけでなく、レーザー溶接やオーバーモールディングによる粒子やファスナーのない接合が可能になります。

デジタル駆動の AI 強化制御ソフトウェアは、複雑な設計機能を可能にする最適な寸法精度を提供します。

他のプロセスにはない利点の 1 つは、無数の生体適合性材料を使用できることです。 スピンドル速度が高いため、材料ごとに非常に特殊な制御パラメータが必要になります。 たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオキシメチレンは薄肉セクションに最適です。

ナイロンも使用できますが、加工範囲が小さく、ポリカーボネートと PET は微妙な温度制御が必要です。 高強度の用途には、ガラス繊維入り ABS を検討してください。

ガイドワイヤー、ネジ、インプラント、ブラケットなどの医療グレードの金属コンポーネントは、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅のほか、コバール、インバール、インコネル合金で作られています。 形状記憶挙動を備えたスマートな素材であるニチノールは、耐キンク性と耐疲労性を備えた今後の選択肢となります。

効率上の理由や複雑な形状のために、ハイブリッド アプローチが導入されることがあります。 3D 金属印刷を使用して、CNC を使用して公差内で後仕上げできる軽量コンポーネント用の有機内部格子構造を開発できます。

Apple Watch のようなデバイスは、アルミニウムの押出成形と精密フライス加工およびレーザー機器を組み合わせたプロセスで、デバイスの内部であってもエッジや表面のバリを残さず、最高の仕上げを実現しています。

膜、バルブ、シールなどのシリコーン部品の場合、マイクロ成形により、特定の構造ゾーンに必要な完全な詳細を保持しながら、わずか数ミリメートルのサイズの部品が可能になります。 また、光学液状シリコーンゴム（LSR）を採用することで、ガラスのような透明性を実現しました。

医療機器は、耐久性、安全性、生体適合性、滅菌に関する厳しい基準と、柔軟性、潤滑性、耐座屈性、トルク伝達に関する重要な機械的要件を満たす必要があります。

ほとんどの場合、最先端の精密機械加工が採用され、完全な制御と広範囲の材料が可能になり、超パーソナライズされた製品が可能になるという特典もあります。

ラルフ・ゾーンチェンス著

2022 年 6 月 15 日

10:36