数々の受賞歴のある 3DプリンタープロバイダーであるMarkforged は、⼿術器具メーカーの Shukla MedicalがMetal Xシステムを使⽤して⼿術器具のプロトタイプを3Dプリントし、会社の 年間コストを削減したことを発表しました。

Metal Xに17-4PHステンレス鋼素材を使⽤することで、Shuklaは最終製品に⾮常によく似た⼿術 器具の⾦属プロトタイプを3Dプリントすることができました。したがって、外科医は、⼿術室に⼊ る前に、⼿術器具の使⽤に関する実際的な経験と⾃信を得ることができました。プロトタイピングプ ロセス内にMetal Xを実装することで、Shuklaは⼿術室で費やされる時間を最⼩限に抑えるだけで なく、CNC機械加⼯に⽐べて⼿術器具の市場投⼊までの時間を短縮し、安全性を⾼めて患者の回復時間を短縮しました。

「外科医はそれを実際の切開部で使⽤することを想定し、それが彼らの⼿で正しい⽅法であるかどう かを私たちに伝えることができます」とShukla Medicalの製品開発マネージャー、Zack Sweitzer はコメントします。

「外科医は⼿術室に⼊る前に3Dプリントされた試作品で器具をテストできるので、 ⼿術時はツールの経験と⾃信を持って臨めます」

Xtract-All Spineユニバーサル脊椎インプラント除去システムは、Shukla Medicalの整形外科⽤除去ツールです。（写真︓ユーザ提供）

Markforged 3Dプリンティングでプロトタイピングのリードタイムを改善

航空宇宙メーカーのSS White Technologiesの⼦会社であるShukla Medicalは、ユニバーサ ル医療機器セットを設計・製造しています。同社は特に、患者への整形外科⽤インプラントの実装と 除去を取り巻く修正⼿術のための抜⻭ツールに焦点を当てています。整形外科⽤インプラント除去ツ ールには、同社のXtract-All Spineユニバーサル脊椎インプラント除去システムが含まれます。

Shuklaのツールは、クイック接続や複数の抽出オプションなど、⼿術室で外科医が時間を節約でき る機能を備えています。ただし、最終部品を製造する前に、製品をプロトタイプ化し、形状と適合性を確認する必要がある整形外科インプラント外科医⾃⾝がテストする必要があります。同社は以前、 CNC機械加⼯に依存してプロトタイプを繰り返していましたが、これはプロセスが遅く、Shuklaが 製品を迅速に市場に出すのを妨げていました。

同社は当初、2017年にMarkforgedからカーボンファイバー3Dプリンターを購⼊し、プラスチッ ク製のプロトタイプを使⽤した⼿術器具の市場投⼊までの時間を短縮しました。購⼊は成功したものの、Shuklaのエンジニアは、抽出装置の⾦属プロトタイプを製造して、外科医の利益のためにできるだけ最終製品に近づけることを望んでいました。そのため、チームは、原⼦拡散積層造形 （ADAM）と呼ばれるプロセスを使⽤して⾦属部品を3DプリントするMetal Xシステムにも投資す ることを決定しました。

「プラスチックのプロトタイプは形状とフィット感には優れていますが、機能をテストすることはできません」とShukla Medicalの開発チームの機械エンジニアであるAdam Gosik-Wolfeは説明し ます。「外科医が⼿術室で使⽤するツールとほぼ同じモデルを提供することで、顧客からのフィード バックの価値が⼤幅に向上しました。」

Shukla Medicalは、3Dプリントされた17-4 PHステンレス鋼を使⽤して部品のプロトタイプを作成しました。（写真︓ユーザ提供）

17-4 PHステンレス鋼材料を使⽤して、Shukla Medicalは、多くの最終製品と同じ材料で整形 外科⽤除去ツールのプロトタイプを作成できました。Metal Xは、プロトタイプのリードタイムの短縮、設計の⾃由度の向上など、CNC加⼯よりも会社にさまざまな利点をもたらし、複雑な形状の⼯ 具の製造を可能にしました。⾦属のプロトタイプをCNCで機械加⼯すると、製造に7〜40⽇かかりますが、部品の3Dプリントには平均で2.7⽇しかかかりません。「CNC機械加⼯は、物理的にそこにいて、プログラムとCAMソフトウェアをセットアップする必要があるため、多くの準備が必要です」とSweitzer⽒は述べています。「3Dプリンタならば、プリントしている間に他の仕事ができます。」Gosik-Wolfeが追加しました。

「従来のCNCと⽐較すると、METAL Xではより複雑な形状を試せるので、より多くの 設計リスクを回避することができます。」
現在、Shuklaは、カーボンファイバー3DプリンターとMetal Xシステムの両⽅を使⽤して、⼿術 器具のプロトタイプを作成しています。初期のプラスチックプロトタイプが設計され、プリントされ てフィードバックのために外科医に送信されます。その後、会社はMetal Xを使⽤して外科医が評 価する最終プロトタイプを3Dプリントします。最終的に、同社は3DプリントとCNC機械加⼯の両⽅を組み合わせて、プロトタイピングプロセス全体を最適化することを計画しています。

ヘリコプターソケット（ねじ構造を完全に取り外すことができる）は最初に試作され、整形外科医が⼿術器具全体の形状とフィットをテストできるようになりました。（写真︓ユーザ提供）

Metal Xシステム

MarkforgedのMetal Xシステムは、2017年1⽉に発表されたADAMテクノロジーにより、⾦属 でプリントできるFFFベースの3Dプリンターです。このプロセスでは、⾦属粉末とポリマー材料を 融合したフィラメントを使⽤してパーツをプリントし、次に脱脂してプラスチックバインダーの⼀部を除去し、最後に炉で焼結する段階が続きます。この段階では、⾦属粉末が溶融して固体⾦属にな り、完成品になります。

17-4PHステンレス鋼と同様に、Metal Xは、A2⼯具鋼やD2⼯具鋼など、他のさまざまな⾦属合 ⾦と互換性があります。Markforgedは2018年4⽉に顧客に出荷して以来、Metal Xとの互換性の ある材料としてH13 Tool SteelおよびInconel 625を導⼊しています。

（こちらは3D Printing Industry記事の⽇本語の参考翻訳となります）