Kolmiulotteinen tulostus tekee ketterästi lääketieteen laitteiden ja suojaimien osia – menetelmälle nyt uudenlainen tarve - Tiede | HS.fi
Tiede|Tekniikka

Kolmiulotteinen tulostus tekee ketterästi lääketieteen laitteiden ja suojaimien osia – menetelmälle nyt uudenlainen tarve

3d-tulostuksella voi nopeasti ja tarkasti eri muotoisia kappaleita. Hoitotarvikkeita on jo tulostettu muualla maailmassa.

Suomalaisyritys tulostaa suojainten osia terveydenhuollon käyttöön. Kuva: Ajatec

Julkaistu: 9.4. 2:00, Päivitetty 9.4. 6:34

Pandemian takia suoja- ja hoitovälineistä on monessa paikassa pulaa. Kolmiulotteisten tulosteiden valmistajilla on nyt kysyntää, kun hoitovälineisiin tarvitaan osia nopeasti.

Ruskossa Turun lähellö Ajatec Prototyping on aloittanut hengitys, kasvo- ja silmäsuojaimien runkojen 3d-tulostuksen.

”Tulostimella pystytään tekemään kevyt ja ergonominen runko, joka on miellyttävä päätä vasten ja myös ilmava”, toimitusjohtaja Dan Björklöf. sanoo.

Jos suojain on epäergonominen, hoitajan on vaikea hengittää puvun sisällä. Suojaimen runko tehdään polyamidista eli nailonista. Materiaalin valmistajan sertifikaatti takaa Björklöfin mukaan turvallisuuden.

3d-tekniikan etuja on juuri sen kyky reagoida nopeasti paikalliseen kysyntään.

Ruskosta Ajatec toimittaa pienen erän suojaimia apteekkiin, joka muuten olisi joutunut odottamaan tavaraa kaksi kuukautta. Ajatec on suunnitellut suojaimia yhdessä ruotsalaisen tulostusyritys Prototalin ja tšekkiläisen informatiikan, robotiikan ja kybernetiikan instituutin kanssa.

Suomesta löytyy tarvittaessa lisää muovi- ja metallitulostuksen ammattilaisia, sanoo professori Heidi Piili Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.

Tutkimusjohtaja Mika Salmen mukaan Suomessa on 50–100 yritystä, yliopistoa ja ammattikorkeakoulua, joilla on ammattitason 3d-tulostimia. Salmi vetää Aalto-yliopiston digitaalisen suunnittelun laboratoriota. Hän on Suomen 3d-tulostus­alan järjestön Firpan puheenjohtaja.

Tulostettavia materiaaleja on moneen tarpeeseen.

”Osalla laitteista tulostetaan metalleja, osalla erilaisia muoveja. Tulostimia, joilla pystytään tekemään yksinkertaisia osia, kuten kasvojen visiirien pidikkeitä, on useita tuhansia”, kertoo Salmi.

3d-tulostuksessa käytetään muoveista paljon polyamidia. Suosittuja muoveja ovat myös biomuovi eli pla ja muovipullojen materiaali eli pet.

Metalleista käytetään terästä, alumiinia ja titaania. On myös metallin ja muovin seoksia, kuten polyamidin ja alumiinin seos alumidi. Myös hiilikuitua tulostetaan. Mahdollisen materiaalien lista on jo pitkä.

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa on juuri käynnissä valmistavan teollisuuden monitieteinen tutkimushanke.

Painopiste on 3d-tulostuksessa ja teollisessa automaatiossa. Hankkeeseen liittyen alan ammattilaiset ovat selvittäneet mahdollisuuksia hyödyntää uutta tekniikkaa kriisitilanteessa. He kokosivat maaliskuussa tietoa yhteen ja julkaisivat sen kaikkien luettavaksi blogissaan.

 Italiassa on tulostettu hengityskoneiden venttiilejä.

Hoitotarvikkeita on jo tulostettu muualla maailmassa.

Tšekkiläinen tulostinyritys Prusa Research kehitti ja hyväksytti kolmessa päivässä suojamaskin eli visiirin. Se on valmistanut niitä 12 000 kappaletta.

Italiassa on tulostettu hengityskoneiden venttiilejä. Fyysikko Massimo Temporelli ja konsulttiyritys Isinnova mittasivat alkuperäisen venttiilin. He suunnittelivat sitten uuden ja tulostivat sen. Ensimmäinen venttiili oli valmis kuudessa tunnissa.

Espanjassa teknologiakeskus Leitat kehitti kumppaniensa kanssa ventilaattorin eli hengityslaitteen. Uusi oivallus on ilmanjakaja, jolla kolme tai neljä potilasta voi käyttää samaa laitetta. Jakaja on käytännössä haarautuva putki, jota valmistetaan 3d-tulostimella polyamidista.

Yhdysvaltojen Ohiossa Formlabs valmistaa tavallisesti tulostimilla muun muassa hammashoidon tuotteita. Yhtiö on käyttänyt niitä tekniikkansa esittelyyn. Nyt koneet on valjastettu tekemään tikkuja näytteiden ottoon. Niillä otetaan virusnäyte nenäontelosta.

Yhdysvaltalainen yritys tulostaa näytteenottotikkuja. Niiden pitää olla tarkasti oikean muotoisia. Kuva: Formlabs

Formlabs suunnitteli ja testasi tikut yhdessä Etelä-Floridan lääketieteellisen yliopiston ja terveyspalvelujen tuottajan Northwell Healthin kanssa ennätysajassa, yhtenä viikonloppuna.

Näennäisesti yksinkertaisen välineen vaatimukset ovat tiukat. Näytetikun on oltava sopivan pitkä, ohut ja taipuisa, että se ulottuu tarpeeksi pitkälle nenäonteloon. Muuten voi syntyä vääriä kielteisiä tuloksia. Niissä potilas näyttää olevan terve, vaikka on taudinkantaja.

Valmiste läpäisi testin ja tuotanto aloitettiin heti. Lupien saamisessa Formlabsia auttoi aiempi kokemus suun hammas­kruunujen ja purentakiskojen tulostuksessa.

Pandemian aikana on tullut hyvin esille juuri 3d-tulostuksen ketteryys.

Laite on käytännössä kolmiulotteinen kirjoitin, joka pannaan käyntiin, kun ohjelma on ladattu sisään.

3d-tulostuksessa on useita tekniikoita. Yhteistä niille on kappaleen valmistaminen kerros kerrokselta, ikään kuin pikseli kerrallaan. Usein puhutaan digitaalisesta valmistuksesta.

Tuotanto on tavallisesti nopeampaa kuin perinteisin tekniikoin. Juuri poikkeuksellisissa tilanteissa 3d-tulostus voi olla tilapäinen ratkaisu.

”Muoviosia valmistetaan paljon ruiskupuristuksella, joka vaatii muotin. Sen valmistukseen voi mennä kuukausia. Hätätilanteessa 3d-tulostin, joka ei tarvitse muottia, voi korvata sen”, sanoo professori Jouni Partanen Aalto-yli­opistosta.

”Normaalisti tulosteiden valmistus lääketieteelliseen käyttöön on tiukasti standardoitua ja säänneltyä”, Piili muistuttaa.

Hädässä on toisin. Jos toisessa vaakakupissa on potilaan henki, sääntelyä katsotaan toisin silmin. Tästä on niukasti kokemuksia, koska tilanne on kaikille täysin uusi.

”Potilaasta kaukanakin voi olla elintärkeitä osia. Kuvitellaan, että tulostimella tehdään hengityslaitteen venttiili. Venttiili hajoaa ja potilas kuolee. Kuka silloin on vastuussa?” Piili pohtii.

 Tulostus on yksi monista valmistuksen menetelmistä, ei itsetarkoitus.

Normaalisti vastuu laadusta on tulostajalla, mutta hätätilanteessa vastuun kysymykseen ei ole valmiita vastauksia.

Turvallisuuden varmistus vie oman aikansa jopa nopeutetussa menettelyssä, jota tarvitaan viruspandemian aikana. Ajatecilta kului siihen toimitusjohtaja Björklöfin mukaan viikko.

Tulostus on yksi monista valmistuksen menetelmistä, ei itsetarkoitus, tutkijat sanovat.

”On myös muistettava, että monesti jokin muu valmistustekniikka on käytännössä järkevämpi kuin 3d-tulostus. Aina kannattaa miettiä tarkoituksenmukaisuutta”, Piili sanoo.

Eri menetelmiä voidaan myös yhdistää. Valumuotti voidaan valmistaa tulostamalla ja muoviosia valamalla.

Nopeiden ratkaisujen etsintä on levittänyt tietoa 3d-tulostuksesta ja sen mahdollisuuksista. Toki menetelmät etenivät jo ennen pandemiaa.

”Kolmiulotteista tulostusta on käytetty pitkään teollisuuden tuotekehityksen apuna mallikappaleiden valmistukseen. Muita sovelluksia on maailmalla lentokoneteollisuudessa. Suomessa Kalevala Koru tulostaa vahamalleja korujen valmistukseen”, Partanen sanoo.

Koronaepidemian vaikutus 3d-tulostuksen kehitykseen jää nähtäväksi.

Kokemuksen mukaan osa kriisikausien hätäratkaisuista havaitaan hyviksi myös normaaleissa oloissa. Toisen maailmansodan aikana yritykset virtaviivaistivat tuotantoa ja yksinkertaistivat tuotteita. Sama kehitys jatkui rauhan aikana.

Tulostus on jätteetön menetelmä ja erityisen kätevä silloin, kun on valmistettava yksi tai muutama kappale. Mutta jos pitää tuottaa miljoona samanlaista avaajaa, perinteinen massatuotanto voittaa.

”Nyt pohditaan tulostuksen käyttöä varaosien valmistuksessa”, sanoo Partanen esimerkkinä alan näkymistä.

Seuraa uutisia tästä aiheesta

Luitko jo nämä?

Luetuimmat - Auto & Tiede

Luetuimmat

Uusimmat