3Dプリントが医療業界を変革する4つの方法

医療業界は、積層造形の中で最も急速に成長している分野の1つであり、患者固有のインプラントから現実的な機能のプロトタイプや高度な医療ツールまで、さまざまなアプリケーションに使用されています。また、医療AM専門家の97％以上が、積層造形の使用が今後も増えると確信しており（SMEの2017 Medical AM / 3DP調査）、このテクノロジーは、バイオプリンティングやその他の医療アプリケーションなどの分野で大きな可能性を秘めています。

アディティブマニュファクチャリングがさまざまな業界に与える影響を調査するシリーズの一環として、本日、医療分野での3D印刷の現在のアプリケーションと、テクノロジーの進化がどのように期待されるかを見ていきます。

医療業界は3Dプリントをどのように使用していますか？

カスタマイズ

カスタマイズされた製品をより速く、より費用効果の高い方法で製造するための需要 製品は、医療部門での3D印刷の普及の背後にある重要な要因の1つです。設計の自由度が高まり、非常に複雑な部品やコンポーネントを製造できるため、積層造形は医療業界のニーズに理想的なソリューションを提供し、医療機器の製造方法を変えています。

何よりもまず、積層造形はカスタムデバイスの設計と製造のプロセスを簡素化します。患者ごとに異なるため、補綴物やインプラントなどの医療機器は、問題の患者のニーズに合わせてカスタマイズする必要があります。

従来、複雑な医療機器の製造は時間と費用のかかるプロセスであり、高価な工具が必要でした。しかし、積層造形の進歩により、この技術は工具を必要としないため、複雑な医療機器を製造する方がはるかに費用対効果が高くなっています。これに加えて、AMテクノロジーによって提供される設計の自由は、従来の製造方法では不可能だった複雑なデバイスを製造できるようになったことを意味します。

市場投入までの時間を短縮

アディティブマニュファクチャリングのもう1つの利点は、部品の設計と製造が迅速に行えることです。 3D印刷デバイスで設計の反復が必要な場合、これは数時間で実行できるため、新しい医療機​​器の市場投入までの時間が大幅に短縮されます。

材料に関しては、医療用途に使用される3D印刷システムは、ガンマ線やエチレンオキシドによる滅菌に耐えることができるさまざまな生体適合性材料もサポートできます。このような材料は、歯科インプラントなど、人間の組織との適合性が必要な用途に特に適しています。マルチマテリアル印刷も新たな可能性であり、この方法を使用して、臓器、骨、軟組織を表すさまざまなマテリアルを使用してリアルな人間モデルを作成できます。

医療用3Dプリントの4つのユースケース

1。医学研究と開発

3D印刷されたプロトタイプは、現実的な解剖学的モデルとプロトタイプを提供することにより、医学研究に大きく貢献することができます。また、3D印刷によって製品の設計サイクルがスピードアップするにつれて、生物医学エンジニアはモデルやプロトタイプをはるかに高速に作成できるようになりました。たとえば、癌性腫瘍の3D印刷モデルは、医療専門家が腫瘍の発生と広がりをよりよく理解するのに役立つように、また癌薬物検査のために作成されています。このような種類のプロトタイプを機械加工または射出成形することは実用的ではありません。これらのテクノロジーでは、積層造形と同じように迅速な反復と設計の複雑さを提供できないためです。

2。前臨床試験と計画

3D印刷されたモデルにより、医師は患者の解剖学的構造を視覚化し、複雑な病状を直接評価して、3次元のリアリズムに欠けるデジタル画像の課題を克服することもできます。また、マルチマテリアル3D印刷の進歩のおかげで、さまざまなマテリアルで構成された付加的に製造されたモデルを作成して、人間の組織や骨の特性を再現することができます。この方法は、外科医が事前に手術を計画し、手術の精度と術後の結果を改善するのに役立ちます。

3。医療機器

3Dプリント医療機器の世界市場は2026年までに10億ドルを超えると予想されており（Future Market Insights）、積層造形はカスタマイズされた医療製品の生産に大きな価値をもたらします。複雑な形状のインプラント、パーソナライズされた補綴物、補聴器から目的に合ったツールまで、積層造形により、従来の製造では実用的ではない1回限りのデバイスの製造が可能になります。

3Dプリントされたインプラント

今日、医療用添加剤製造で最も急速に成長している分野の1つは、3Dプリントされたインプラントです。 AMの進歩により、患者の解剖学的構造に合わせて作られたインプラントの製造が可能になりました。さらに、チタンやコバルトクロム合金などの生体適合性材料を使用すると、3D印刷された整形外科および頭蓋インプラントを適切な表面粗さで製造できるため、拒絶率が低下します。トポロジー的に最適化された設計を作成できるということは、複雑な有機形状と軽量化でインプラントを設計できることも意味します。

義肢

3D印刷は、手頃な価格でありながら高精度の義肢の製造にも大きな影響を与えています。従来の製造方法を使用すると、患者の要件に一致するデバイスを作成するのに数週間かかる場合があります。今日では、補綴物の追加製造にかかる時間が大幅に短縮され、多くの場合、従来の製造された補綴物の数分の1のコストで製造できるため、これはもはや当てはまりません。 3D印刷は、義手、脚、装具から複雑な顔面や頭蓋の義足まで、あらゆるものを製造するために使用されてきました。

補聴器

補聴器業界は、3D印刷の出現によって変革された別のセクターであり、すべての補聴器の90％以上が、AMテクノロジー、特にステレオリソグラフィー（SLA）を使用して作成されています。 SLAは、有機的な形状の迅速な作成と高レベルの精度を提供し、カスタマイズに最適です。

歯科

SmartTech Publishingの最近のレポートによると、歯科市場は2027年までに95億ドルに達するとのことです。今日、歯科技工所は、ブリッジ、アライナー、クラウン、歯科矯正器具、石のモデルを追加で製造でき、特許に合わせてカスタマイズできます。

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医療機器

アディティブマニュファクチャリングは、ジグやフィクスチャなどの補助ツールを製造するために医療分野でも使用できます。 3D印刷された医療機器は、迅速かつオンデマンドで提供できるため、高度な患者ケアが可能になります。

4。医療マーケティングと教育

医療部門での積層造形の使用は、運用計画と製造に限定されません。医療マーケティングは、新しい医療機​​器がどのように機能するかを示すために医療提供者が使用できる3D印刷モデルの恩恵を受けています。また、AMは少量生産に最適であるため、3D印刷モデルは、学生が3D印刷された解剖学的レプリカを使用して改善されたトレーニングと実践を体験できる医学部にとって費用効果の高い選択肢です。

未来を見据えて

医療業界における積層造形の未来は明るく、機能的な組織や臓器の3Dバイオプリンティングが大きな注目を集めています。

バイオプリンティング技術は現在、再生医療での重要な使用例とともに、薬物や錠剤の研究を支援するために使用されています。たとえば、ハリスバーグ大学の研究者は3D印刷を使用して、人間の細胞から輪郭が一致する皮膚移植片を作成し、オックスフォード大学の科学者は、細胞を3D印刷して生体組織を形成する新しい方法を考案しました。これらの人工組織は、自然の細胞構造の生理学を模倣しており、臨床試験用の組織モデルを作成するために使用できる可能性があります。移植可能な生体組織を印刷するという最終的な目標は依然として困難ですが、この技術は医療に大きな可能性を秘めています。

3D印刷や徐放性ドラッグデリバリーについても、多くの研究が行われています。 3D印刷技術を使用すると、複数の薬を1つの錠剤に印刷して正確な時間で放出できるため、患者が複数の薬を服用する必要がなくなります。 MITの研究者は、この分野ですでに目覚ましい進歩を遂げており、制御された期間に複数回投与される医薬品を放出できる医薬品やワクチンを製造するための新しい積層造形法を開発しました。

今後の課題

これらの目覚ましい進歩にもかかわらず、医療業界での積層造形は依然として特定の課題に直面しています。 3D印刷された医療機器の規制は、厳格な要件を満たすことを義務付けられている医療機器メーカーにとってのそのような課題の1つです。

しかし、積層造形は医療業界に深く根付いており、技術が成熟し、知識が拡大するにつれて、最終的には低コストで、臓器や組織の3Dプリントなどのより高度なアプリケーションがもたらされます。

これは、業界およびAMシリーズの2番目です。 —AMの状態に関する前回の記事をチェックしてみませんか 建設業界への影響 ？