3Dプリントで人工呼吸器バルブ設計を検証:緊急医療デバイス開発の実録
COVID-19緊急事態下、3Dプリントでバルブ試作→CNC量産への最短ルート
2020年初頭、人工呼吸器不足懸念の中、Protocase R&Dチームが医療従事者と連携し、機能するポータブル呼吸器の開発に着手。バルブ3種(逆止弁、可変圧力逆止弁、電磁弁)を内製する過程で、3Dプリントが設計検証に不可欠だった実例を紹介。
課題:市販バルブが入手不能
サプライチェーン寸断で必要なバルブが調達不可に。→ **「手持ちの設備で今すぐ作れるバージョンを自作」** する判断へ。
開発プロセス
- 医師/呼吸療法士から機能要件(圧力・流量・動作原理)をヒアリング
- 空気圧回路全体設計から各バルブの必要スペックを逆算
- **3Dプリントで初期プロトタイプ作成** → 寸法/圧力/流量/シール性を実機確認
- 問題箇所(サポート材跡、シール不良、スプリング選定)を数回イテレーションで修正
- 電磁弁のみ内部構造複雑・シャフトシール必要なため**最初からCNC削り出し**で製作
- 全バルブ検証完了後、量産見据え**CNC加工で最終版製作**(あえてシンプル/ロバストな設計に)
3Dプリントファーストの価値
- 「工業用レゴ」のように全体システムを早期に組み立て・動作確認可能
- 高コスト・長納期のCNC加工前に**レイアウト/干渉/機能を検証**
- 「漏れても全体動作が合っていれば次フェーズ投資に踏み切れる」心理的安全性
教訓と今後への示唆
- 空気圧システムは調整に熟練必要 → 電気制御ソレノイドならソフトウェアでON/OFF/調整容易(当時は入手困難、現在は調達容易)
- 「全プロジェクトを緊急案件扱いする」マインドセット転換 → R&Dチームの連携強化・リソースプーリング・並列実行文化の醸成に繋がった
Protocase R&Dチームは現在も医療/航空宇宙/防衛等の先端プロジェクトを支援中。ご相談:info@protocase.com
産業技術