COVID-19はスポットライトに3Dプリントを推し進めています

COVID-19のパンデミックへの対応の初期には、3D印刷はスターパフォーマーであり、見出しを左右につかんでいました。どうやら誰もが地元の病院のために何かを印刷していたようです。

数か月後、3D印刷を使用して個人用保護具（PPE）や人工呼吸器の部品を印刷する方法を宣伝する記事の数は減少しました。それでも、ウイルスとの戦いにおけるテクノロジーの役割は進化し続けています。

COVID-19がヒットしたとき、米国は他の国々と同様に扁平足で捕らえられました。 PPEの需要が爆発的に増加するにつれて、フェイスシールド、人工呼吸器、マスクの供給が枯渇しました。

この悲惨な状況に直面して、個人や企業は、状況をどのように緩和できるかについて頭を悩ませました。 3Dプリンターを装備している人にとっては、決定は簡単でした。部品を作る作業にそれらを配置することです。

数日のうちに、愛好家、ジョブショップ、契約製造業者、および企業は同様に、PPEを印刷するために彼らの積層造形装置を稼働させていました。人工呼吸器スプリッターから交換用マスクのコンセプト、フェイスシールドまで、世界中で無数のCADファイルが光速で撮影されています。多くの場合、デザインは印刷プロセス用に最適化されており、前処理と後処理の時間と労力が削減されています。

デザインは、3Dプリントによってほぼ瞬時に具体的な製品になりました。マシンはセットアップ時間をほとんどまたはまったく必要としないため、この手法はインダストリー4.0への移行のポスターの子です。適切な材料を機械にロードし、適切に設計されたCADまたはスライスファイルをアップロードし、パラメータを入力し、印刷を押すだけで、数分から数時間で部品を入手できます。

それでも、PPEの不足を緩和するために3D印刷に頼ることに関連するいくつかの欠点がありました。多くの病院は、必要な仕様を満たしていないため、寄付された印刷部品を廃棄しなければなりませんでした。たとえば、一部の3D印刷プロセスでは、気密部品を印刷できず、特定のマスク部品が使用できなくなりました。

これに応えて、国立アディティブマニュファクチャリングイノベーション研究所、国立衛生食品医薬品局、退役軍人省は、実行可能な設計を迅速に審査および承認するためのコラボレーションを開始しました。この取り組みは、印刷の取り組みを標準化するのに役立ちました。それにもかかわらず、多くのメーカーは、このクリアリングハウスの設計に気づいていない可能性があります。

COVID-19に対する即時の3D印刷応答の別の欠点は、製品全体の組み立てではなく、コンポーネントに焦点を合わせていることでした。たとえば、フェイスシールド用のプリントヘッドバンドのデザインは承認されましたが、透明なフェイスシールドやゴムバンドなどの補完的なコンポーネントは、従来のチャネルから調達されていました。このような材料の印刷は3Dプリンターで可能ですが、通常は高価であり、一部の産業用機械でのみ容易に処理されます。そのため、これらのアイテムの大量生産は実行不可能になりました。やがて、これらの限られたアプリケーションでさえ、より費用効果の高いソリューションが利用可能になったため、最終的にはボックス化されました。

では、3DプリントがCOVID-19の反応に与える影響は、一瞬でしたか？しそうにない。実際、それはより費用効果の高い生産技術への舞台裏のインプットになるように移行しました。

PPEの応答が強調するように、3Dプリンターは、設計コンセプトを迅速に反復し、具体的で機能的な製品を手に入れるのに優れています。初期速度と低い起動コストにより、3Dプリントは機能的なプロトタイピングに最適です。ただし、設計が固定されると、通常、他のテクノロジがより優れたオプションになります。最初の3D印刷ユニットのコストは射出成形ツールのコストよりも低くなりますが、一度そのツールを構築すると、スタンドアロンユニットあたりの時間と変動費が非常に低くなり、高ければ3Dプリンターを追い抜くことができます。数量が必要です。最終的に、COVID-19との戦いに対する3D印刷の影響は、レガシープロセスをサポートしています。

テクノロジーがそれを行う1つの方法は、製造プロセスを支援するカスタム機器の作成であるツーリングによるものです。工具の用途は、ワークピースを所定の位置に保持することから、美的特徴を適切に配置することまで、大きく異なります。一般的に、ツールは、消費者に優しい材料押し出しデスクトッププリンターを使用して製造できます。さまざまな印刷工具アプリケーションがありますが、COVID-19応答で最も有用なアプリケーションの1つは、射出成形金型用の3D印刷インサートの作成です。最も注目すべきは、これはパウダーベッドフュージョン3Dプリンターを使用した商業的な状況で行われることです。このようなシステムは、射出成形金型で使用できる非常に複雑な金属インサートを印刷することができます。これらは、組み込みのコンフォーマル冷却チャネルを使用して設計されており、液体クーラント（通常は水）の流れによって溶銑を冷却し、成形部品を積極的に圧縮します。歴史的に、これらは直線で掘削されてきました。しかし、印刷されたツールを使用すると、チャネルは従来のチャネルでは不可能な方法でねじれたり回転したりする可能性があります。その結果、これらのインサートを使用した射出成形金型はより急速に冷却され、サイクルタイムが短縮され、部品の生産量が増加します。

COVID-19は3D印刷にスポットライトを当てました。 PPEの不足に対処するために、新しい設計と製造部品を迅速に繰り返すことができるこの技術は、早期対応の取り組みにおいて価値があり、柔軟性の高い部分であることが証明されました。推奨される設計が承認されて固定されると、3D印刷は、印刷された工具を使用した従来の製造プロセスのサポートにますます移行しました。当時も現在も、PPEの製造とCOVID-19の対応において貴重な役割を果たしてきました。

Cullen Hilkeneは、の創設者兼CEOです。 3Diligent。