Da metodo produttivo transitorio alla serie: Dove la stampa 3D aggiunge valore alla produzione di tecnologie mediche

Per motivi economici, di progettazione o normativi, molte aziende medtech stanno investendo nella stampa 3D per prodotti di nicchia e parti funzionali durante l'intero ciclo di sviluppo.

La tecnologia apporta valore ben oltre la fase di prototipazione. Alcune aziende utilizzano questo sistema di produzione durante le prime fasi, dimostrando le prestazioni del prodotto per un periodo prolungato prima di passare a un metodo alternativo quando la domanda cresce. Altri si affidano alla sua libertà di progettazione, alla sua flessibilità e alla sua efficienza dall'ideazione alla produzione in serie.

Vediamo questa tendenza affermarsi in diversi segmenti del settore medicale, dalle apparecchiature diagnostiche agli strumenti chirurgici. Questo perché (con la giusta applicazione) la stampa 3D risolve molte delle sfide comuni del settore medicale, in particolare per quanto riguarda l'agilità della catena di approvvigionamento e lo sviluppo di componenti personalizzati o in numero limitato, troppo costosi per le tecniche tradizionali (si pensi a ordini di 10, 100 o 1.000).

Quindi, cosa rende un'applicazione "giusta" per la stampa 3D?

Tradizionalmente, ragioni tecniche e funzionali portano all'adozione della tecnologia. Il successo dello spettrometro USB di Ossila, ad esempio, è stato determinato dalla libertà di progettazione, che ha combinato diversi componenti in uno solo per semplificare l'assemblaggio. In questo caso, il team ha dimezzato il numero di singoli componenti, ha garantito un'incredibile precisione e ha reso l'assemblaggio cinque volte più veloce — vantaggi preziosi per qualsiasi produttore.

Negli ultimi anni, tuttavia, ciò che i produttori sembrano apprezzare ancora di più è la convenienza economica della stampa 3D nell'approvvigionamento di parti di nicchia. Senza quantitativi minimi d'ordine, è un metodo ideale per la produzione di piccole serie. Questo è particolarmente prezioso in settori come le biotecnologie e le scienze biologiche, dove è più frequente la produzione di macchinari personalizzati di alto valore.

Sartorius, ad esempio, richiede componenti biocompatibili per i circa 100 bioreattori che produce e vende ogni anno. Poiché molte di queste macchine sono personalizzate per soddisfare le esigenze di ciascun utente finale, il team apporta regolarmente piccole modifiche ai singoli componenti. Questo non sarebbe finanziariamente sostenibile con i metodi tradizionali a causa del costo degli utensili. Con la stampa 3D, qualsiasi modifica viene apportata a un file CAD anziché a uno stampo fisico, rendendo la personalizzazione facile, efficiente e conveniente.

I robot chirurgici, come quelli prodotti da MMI, sono un esempio simile: una soluzione standardizzata con parti in continua evoluzione. MMI utilizza la stampa 3D per produrre parti di uso finale per i suoi kit chirurgici, in particolare strumenti monouso e connessioni per il braccio stesso. Anche in questo caso, l'adattabilità della stampa 3D alla progettazione complessa è un grande vantaggio. Il team ha progettato questi componenti tenendo conto della tecnologia, incorporando canali interni e fondendo più componenti per migliorare le prestazioni. Nel complesso, l'adozione delle tecnologie 3D ha permesso di passare da una start-up nel 2015 al lancio di un prodotto con marchio CE sul mercato nel 2019.

"Lavorare con Materialise per sfruttare i vantaggi della produzione additiva (AM) ci ha permesso di velocizzare le iterazioni di progettazione su una serie di componenti fondamentali per lo sviluppo del nostro sistema di microchirurgia, aiutandoci a passare dalla prototipazione al prodotto in tempi molto più brevi", afferma Massimiliano Simi, fondatore e vicepresidente della divisione R&D di MMI.

"Per un progetto come il nostro, ciò è estremamente importante in quanto abbiamo bisogno dell'adattabilità per continuare a migliorare. Con la microstrumentazione, una regolazione di appena un centesimo di millimetro può avere un impatto significativo sulle prestazioni. Laddove cambiare stampo per ogni nuova variante diventerebbe incredibilmente costoso, la stampa 3D ci consente di essere agili con le nostre iterazioni di progettazione".    

La stampa 3D aggiunge valore alle apparecchiature ospedaliere, ad esempio alloggiamenti e custodie per i sistemi di monitoraggio, come le incubatrici compatibili con la risonanza magnetica di LMT. In questo caso, LMT ha ridotto il peso del 33%, migliorando l'usabilità; queste applicazioni richiedono superficisanificabili e sterilizzabili, possibilità offerte dai materiali e dalle finiture della stampa 3D.

È importante notare ciò che accomuna questi esempi: ogni azienda ha deciso di utilizzare la stampa 3D all'inizio del progetto, progettando i propri pezzi specificamente per la tecnologia scelta. È fondamentale per ottenere i migliori risultati possibili.

Anche se non è raro che le aziende si rivolgano alla stampa 3D con un progetto già avviato, giocare d'anticipo può avere un impatto sul risultato. Una volta che un prodotto è stato convalidato e immesso sul mercato, le riprogettazioni sono in genere fuori discussione, limitando l'opportunità di sfruttare appieno la libertà di progettazione della stampa 3D.

"Secondo la nostra esperienza, le applicazioni di maggior successo si verificano quando la produzione additiva viene presa in considerazione fin dall'inizio del ciclo di sviluppo del prodotto, dalla prototipazione in poi", spiega Radhika Dhuru, Market Manager per il settore medtech di Materialise. "Un esempio comune è rappresentato dai prodotti con più componenti che non devono essere separati: con la stampa 3D è possibile eliminare la necessità di assemblaggio producendoli in un unico pezzo".

In un settore esigente e altamente regolamentato come quello delle tecnologie mediche, i produttori possono incontrare difficoltà nell'adottare nuove tecnologie. Capacità, qualità di esecuzione e know-how normativo sono essenziali quanto la nostra guida esperta, per prendere le decisioni giuste.

È qui che Materialise aggiunge valore come partner di produzione; combiniamo oltre 35 anni di esperienza nella produzione additiva con una profonda conoscenza del settore medtech, aiutando innumerevoli produttori ad adottare con successo la stampa 3D.

In particolare, operiamo collaborando in ogni fase del processo di sviluppo secondo le norme ISO 9001 e ISO 13485, dalla convalida preclinica alla produzione in serie. I nostri ampi impianti di produzione, tra cui una camera bianca ISO-7, assicurano scalabilità e flessibilità, mentre la nostra esperienza in materia di quality assurance, gestione documentale e convalida dei progetti garantisce la conformità agli standard industriali.

La nostra esperienza di progettazione e ingegneria è particolarmente preziosa, soprattutto per produttori innovativi come MMI. Con l'evoluzione dei robot chirurgici, si evolve anche la piattaforma di addestramento chirurgico modulare sviluppata con Materialise. Ogni volta che il team produce un nuovo strumento chirurgico, può creare rapidamente un nuovo modulo didattico, migliorando la propria offerta attraverso il supporto post-vendita. In questo caso, un modulo aggiuntivo consentirebbe ai chirurghi di praticare tre tipi di anastomosi tra due vasi.

Il ciclo di sviluppo di quest'ultima aggiunta è durato circa dieci settimane. Lo sviluppo è iniziato con la fase di esplorazione, dove la creatività è stata al centrale. Il nostro team di progettazione multidisciplinare ha messo a frutto l'esperienza in settori diversi, presentando soluzioni innovative e fattibili, che non sarebbero state possibili con i metodi di produzione tradizionali.

Fasi di sviluppo e di prova si sono alternate, i risultati degli studi di fattibilità tecnica, delle analisi di mercato e delle stime dei costi hanno identificato i concetti più promettenti. Siamo quindi passati alla produzione di modelli funzionali che ci hanno aiutato a perfezionare il progetto prima di passare alle fasi finali.

Identificata la soluzione definitiva, ci siamo concentrati sulla progettazione di ogni componente focalizzandoci sui costi, massimizzando la qualità. Il team ha quindi definito il metodo di produzione più adatto e congelato le caratteristiche chiave del processo.  

Il progetto è quindi passato alla produzione in serie. Il progetto del modulo combinava componenti stampati in 3D con componenti di produzione tradizionale, tutti assemblati e controllati da Materialise. Dall'ideazione alla produzione, la stampa 3D ha consentito iterazioni rapide, focus sull'utilizzo e produzione di alta precisione di componenti complessi e multi-materiale, il tutto soddisfacendo i rigorosi requisiti prestazionali necessari per la simulazione chirurgica. Ora MMI può ordinare il nuovo modulo quando ne ha bisogno, indipendentemente dalle quantità. 

È un ottimo esempio di ciò che la stampa 3D apporta al settore medicale: non è solo un metodo di produzione di parti per uso finale, ma un potente strumento di innovazione e formazione. 

durante ogni fase del Vostro progetto. Siamo lieti di offrire la nostra esperienza ovunque ne abbiate bisogno, dall'identificazione della soluzione giusta nella fase di scoperta, allo sviluppo, al collaudo, alla convalida e alla produzione della soluzione scelta, compresi i passaggi fondamentali per l'approvazione normativa. 

La stampa 3D ha un grande valore aggiunto per i produttori di tecnologie mediche. Siamo qui per aiutarvi a trovarlo.