【目次】
1. 医療部品開発で求められる微細加工と設計自由度
2. 従来の加工方式の限界と3Dプリント技術の課題
3. 医療部品の試作で従来加工が抱える課題
4. PμSL技術（3D積層造形）の優位性
5. 高精度3Dプリンターによる医療部品の試作・開発支援
6. BMFが支援できる医療部品開発の例
低侵襲または無痛の診断・治療に対する需要が高まる中、医療機器の小型化も急速に進んでいます。例えば、胃腸診断用の内視鏡はすでに直径7mmまで、耳鼻咽喉科用の内視鏡はすでに直径1mmまで小さくなっています。このような小型の内視鏡は、高精細撮影、ガスや液体の伝送などさまざまな機能を兼ね備えており、製品の設計・加工に対する要求も非常に高いものになっています。
それに加えて、小型化・高集積化により、組み立ての難易度が上がっています。 その後の組み立て工程の難易度や効率性を考慮した設計が必要です。一体型にすることで組立工程を減らし、組立工程を簡略化することができますが、同時に従来の加工方法の制約を受けることになります。
設計者は安全性にも配慮しなければなりません。 特に、体内に入る、あるいは血液と接触する医療用部品は、材料の使用に関して非常に厳しい要求があります。 また、医療用内視鏡のような高価な機器は、使い捨ての消耗品ではない場合が多く、何度も消毒・滅菌を繰り返す過酷な環境に耐えられるかどうかも考慮する必要があります。
1. 医療部品開発で求められる微細加工と設計自由度
医療機器や医療部品の開発では、小型化・高機能化・安全性を同時に満たすことが求められます。特に、内視鏡部品、マイクロニードル、微細流路部品、検査用デバイスなどでは、わずかな寸法誤差や表面状態の違いが、機能や使用感に影響する可能性があります。
そのため、医療部品の試作段階では、微細構造を高精度に再現できる加工技術と、設計変更にすばやく対応できる開発環境が重要になります。従来加工では難しい複雑形状や一体化構造を実現する手段として、高精度3Dプリント技術の活用が進んでいます。
2. 従来の加工方式の限界と3Dプリント技術の課題
マイクロ射出成形とCNC加工は小型医療部品の製造によく使用されています。しかし、製品設計を繰り返し、小ロットを試験的に生産する場合、金型製作や事前プログラミングにかかる費用は高額になり、生産工程に数カ月かかることもあります。 一度、製品の設計を変更する必要があると、コストアップや開発サイクルの長期化につながります。
また、製品の小型化・高集積化が進めば進むほど、部品の一体成形の必要性が高まり、その後の組み立て工程および追加コストが削減されます。しかし、従来の加工方法には当然ながら限界があり、設計者の想像力はその限界の中で妥協せざるを得ません。
一部の医療関連企業では、製品の初期設計や反復検証に3Dプリント技術を活用し始めていますが、精度やスピードなどの問題があり、多くの制約の中から選択を迫られることになります。 例えば、一般的なFDM（Fused Deposition Modeling）印刷技術では、精度の限界から非常に粗い表面になってしまいますし、TPP（Two Photon Polymerization）印刷技術は、ナノレベルの最高精度が得られるものの、印刷速度が遅いため企業のニーズには応えられないのが実情です。
3. 医療部品の試作で従来加工が抱える課題
医療部品の開発では、初期設計から検証までの間に複数回の設計変更が発生することがあります。しかし、マイクロ射出成形では金型製作が必要となり、CNC加工では微細形状や複雑な内部構造に制約が生じる場合があります。
また、小型部品では組み立て工程そのものが品質やコストに影響するため、可能な限り部品点数を減らし、一体化構造として設計することが重要です。従来加工では実現が難しい形状であっても、高精度3Dプリントを活用することで、試作段階から複雑構造を短期間で検証しやすくなります。
4. PμSL技術（3D積層造形）の優位性
寸法精度、サイズ、公差レベルにおいて、BMF社独自開発のPμSL技術（AM造形技術）はマイクロ射出成形と同等以上のレベルを達成できる世界で唯一の3Dプリントソリューションを提供しています。
PμSL技術は±10μm（130シリーズ）と±25μm（140シリーズ）の加工公差を実現出来るだけでなく、実用的な生産量を短時間でプリントでき、高コストや長いリードタイムといった従来の方法のデメリットを回避できるため、世界各国で導入されており、世界的に有名な医療企業にも数多く採用されています。応用分野としては、マイクロニードル、内視鏡、細胞培養、ウイルス検出、遺伝子配列決定など、様々なアプリケーションが含まれています。
また、BMF社は生体適合性材料の開発にも積極的に取り組んでいます。既存樹脂の内、BIOはすでに生体適合性試験のクラスIを獲得し、RGは生体適合性試験クラスIIを獲得しています。同時に、より大きな可能性を秘めたハイドロゲル材料の開発にも取り組んでおります。
BMFのPμSL技術は、その優れた精度と3Dプリント自体の加工上の利点により、製品設計者に設計の自由度を向上させ、複雑な形状になる一体化部品の加工提案をし、その後の組み立て工程の難易度を更に低下させることが期待されています。
特に、医療部品の試作では、微細構造の寸法精度だけでなく、設計変更への対応力や小ロットでの検証スピードも重要です。BMFのPμSL技術は、微細部品を高精度に造形しながら、開発初期段階の形状検証にも活用できます。
5. 高精度3Dプリンターによる医療部品の試作・開発支援
医療機器の開発が加速している中、競争がますます激しくなってきています。BMFは世界中のお客様に高精度・短納期・低コストの開発ソリューションを提供し、設計から商品化までのスピードアップをサポート致します。
6. BMFが支援できる医療部品開発の例
BMF Japanでは、医療機器や医療部品の研究開発・試作に向けて、高精度3Dプリンターおよび造形サービスを提供しています。
以下のような開発課題に対応可能です。
・微細構造を持つ医療部品の試作
・マイクロニードルや微細流路部品の開発
・内視鏡関連部品や小型デバイス部品の形状検証
・複雑形状を持つ一体化部品の試作
・研究開発段階から小ロット製造までの相談
医療部品の小型化や高精度化で課題がある場合は、BMF Japanまでお気軽にご相談ください。
以下では、BMFの高精度3Dプリント技術を活用した造形事例をご紹介します。詳しく知りたい方は、お気軽にお問い合わせください。
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