Innovatieve, goedkope inhalatoren maken toegang voor miljoenen mogelijk:3D-printing maakt lean R&D voor medische apparaten mogelijk

Het team van Coalesce Product Development maakt tientallen prototypes voor elk medisch hulpmiddel.

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie lijden naar schatting 262 miljoen mensen over de hele wereld aan astma, wat leidt tot bijna een half miljoen doden. Voor patiënten met ademhalingsproblemen zoals astma of chronische obstructieve longziekte (COPD), is een inhalatieapparaat vereist om het ademen te vergemakkelijken. Inhalatiemedicatie kan astmasymptomen onder controle houden en mensen met astma in staat stellen een normaal, actief leven te leiden. Helaas zijn toegang en betaalbaarheid voor velen een barrière, vooral voor onverzekerden en mensen in lage-inkomenslanden. Studies gepubliceerd in de Annals of American Thoracic Society en het Journal of Allergy and Clinical Immunology schatten de jaarlijkse kosten per persoon voor astmabehandeling tussen $ 1.800 en $ 4.900 voor alleen inhalatoren en medicijnen, inclusief directe kosten (bijvoorbeeld medicijnen en bezoeken aan de dokter) - - en indirecte kosten (bijvoorbeeld vrije tijd). Uit een onderzoek naar de gezondheidskosten uit 2005 bleek dat 44% van alle mensen met astma stopten met het innemen van hun medicijnen of het bezoeken van de dokter om geld te besparen.

Het in het Verenigd Koninkrijk gevestigde bedrijf voor medische hulpmiddelen Coalesce Product Development probeert een aantal van deze problemen aan te pakken. Het bedrijf ontwikkelt nieuwe, innovatieve apparaten voor medicijnafgifte, waaronder inhalatoren en injectoren, voor gebruik in generieke inhalatieproducten die een aanzienlijk betere waarde bieden dan merkalternatieven die meer dan $ 380 per maand kunnen kosten.

Inhalatoren moeten bruikbaar zijn voor een brede dwarsdoorsnede van de samenleving, van adolescenten tot oudere patiënten met comorbiditeiten. Daarom moeten de precieze grootte, vorm en gebruikersinterface van elke nieuwe inhalator zeer zorgvuldig worden ontworpen en getest. Om dit te bereiken, is het Coalesce-team overgestapt op het gebruik van interne 3D-printers voor het prototypen, testen en creëren van verschillende apparaten in een groot aantal verschillende vormen en maten. Om elk product in ontwikkeling te testen, ontwikkelt het bedrijf ook zijn eigen 3D-geprinte testopstellingen, mallen en armaturen.

In dit bericht spraken we met Vinnay Chhabildas, industrieel ontwerper bij Coalesce, om erachter te komen hoe het team het gebruik van 3D-printen de afgelopen vijf jaar heeft uitgebreid, waarom ze blijven investeren in Formlabs om hun medische hulpmiddelen te ontwikkelen en welke harsen ze gebruiken. gebruiken voor verschillende toepassingen.

Industrieel ontwerper

Productontwikkeling samenvoegen

Vinnay Chhabildas gebruikt 3D-printen om prototypes te maken die eruitzien als', outsourcing te verminderen en de iteratiesnelheid van het ontwerp te verhogen. Het eindresultaat zijn innovatieve apparaten voor medicijntoediening.

Maak contact met Vinnay

Investeren in Formlabs-ecosysteem voor de productie van medische hulpmiddelen

Draft Resin wordt gebruikt om opspanningen te testen voordat ze worden bewerkt.

Coalesce investeerde voor het eerst in de Form 2 stereolithografie (SLA) 3D-printer toen deze in 2015 werd uitgebracht. Op dat moment vertrouwde het team nog steeds sterk op outsourcing voor prototypes, en wachtte dagen achtereen voordat hun onderdelen met de post arriveerden. Het duurde niet lang of het team had meerdere Form 2's en had hun afhankelijkheid van outsourcing aanzienlijk verminderd.

Coalesce gebruikte de Form 2 om de cruciale architectuur voor verschillende inhalator- en auto-injectorapparaten te ontwikkelen en te prototypen. Voor de behuizingen van het elektronische Breath Profiling Device (BPD) kozen de ontwerpers bijvoorbeeld voor White Resin vanwege de gladde afwerking en mechanische eigenschappen, waardoor ze konden boren en messing inzetstukken konden toevoegen.

Vinnay zei destijds dat "stereolithografie een goede balans biedt tussen functieresolutie, oppervlakteafwerking, duurzaamheid, materiaalkeuze en maatnauwkeurigheid. Omdat we apparaten met bewegende delen ontwikkelen, hadden we een effectieve manier nodig om in eigen huis prototypes te maken van kleine mechanismen. We hebben de afgelopen jaren de ontwikkelingen in de 3D-printtechnologie in de gaten gehouden en de Formlabs-aanpak beviel ons goed. Toen de Form 2 uitkwam, hebben we er meteen een besteld, een paar weken later gevolgd door een tweede."

Aanvankelijk werden de 3D-geprinte prototypes gebruikt om de buitenarchitectuur van de BPD te ontwikkelen. Toen het ontwerp stabiel was, werden de bedrukte delen geverfd en meegenomen naar de Drug Delivery to the Lungs (DDL)-conferentie, een jaarlijkse bijeenkomst van specialisten op het gebied van long- en nasale toediening van medicijnen. De BPD-prototypes zagen er zo realistisch uit dat ze vaak werden aangezien voor een definitief product voor eindgebruik.

Uiteindelijk werden dezelfde prototypes van het apparaat gebruikt in een klinisch onderzoek naar de longfunctie. De resultaten lieten zien hoeveel variatie er kan optreden tussen verschillende niet-geïnstrueerde inhalatieprofielen.

Het gebruik van externe leveranciers zou ongeveer 20 keer meer hebben gekost dan de ruwe kosten van het intern printen van de onderdelen. De caseworks van de BPD kosten £ 11 om op Form 2 te produceren, vergeleken met ongeveer £ 250 bij uitbesteding. Volgens Vinnay is het echte voordeel echter de tijdsbesparing:het printen van de onderdelen duurde slechts acht uur en konden binnen een paar dagen worden afgewerkt en geverfd. Hetzelfde proces zou een externe aannemer een week of twee kosten.

Inhalator-casework	In-house 3D-printen	Uitbestede 3D-printen
Kosten	£11	£250
Doorlooptijd	1-2 dagen	1-2 weken

Schroefdraden kunnen eenvoudig in 3D-geprinte materialen worden ingebracht. Hier afgebeeld, witte hars.

In-house 3D-printen uitbreiden met Form 3

Snelle prototyping is essentieel voor succes bij Coalesce.

Nadat ze het grootste deel van hun 3D-printen in huis hadden gehaald met de Form 2 en de machines jarenlang als werkpaarden hadden gebruikt, heeft het team hun vloot geüpgraded door drie Form 3's aan te schaffen.

Met de Form 3 was Coalesce klaar om over te stappen van pure esthetiek en prototypes die eruitzagen, naar het daadwerkelijk integreren van 3D-printen in de ontwikkeling van hun apparaten, inclusief het creëren van minieme interne functies. Dankzij de nauwkeurigheid van Low-Force Stereolithography (LFS) 3D-printen geleverd door de Form 3, is het team in staat geweest om grote problemen op te lossen waarmee de ontwikkeling van inhalatoren te maken heeft, met name het analyseren van de verdeling van fijne deeltjes van de geleverde droge poederformuleringen met behulp van analytische tests om een vlotte en nauwkeurige levering van verschillende medicijnen.

Vinnay zei het kort en bondig en zei:"Met de Form 3 konden we fijne functies en delicate mazen printen en het apparaat optimaliseren tijdens de ontwerpfase. We hebben de mogelijkheid om een ​​onderdeel te modelleren, het in een oogwenk te veranderen en het fysieke onderdeel binnen een paar uur te hebben. We kunnen de externe leverancier uitschakelen en we krijgen de onderdelen sneller. De Form 3s zijn absoluut essentieel voor ons. Ik kan me niet voorstellen dat ik ze niet heb."

Vandaag de dag draait het team drie Form 3's non-stop, vijf dagen per week, waardoor ze een onlosmakelijk onderdeel van het ontwikkelingsproces zijn. De gebruiksscenario's voor 3D-printen zijn blijven uitbreiden, en het team print nu tools om hun apparaten te testen. Een voorbeeld is het printen van verschillende mondstukken in BioMed Clear Resin, een biocompatibel, huidveilig materiaal, voor patiëntproeven. Met 3D-printen kan het team het maken van dure spuitgegoten plastic onderdelen overslaan.

Vinnay vertelde ons dat de reden dat zijn team bij Formlabs is gebleven, is omdat "er geen beter alternatief op de markt is voor Formlabs-printers. Er zijn andere platforms, maar niets dat de printkwaliteit, machinebetrouwbaarheid en gebruiksgemak kan bieden die we gewend zijn van Formlabs. We zijn zo goed aangepast aan het gebruik van PreForm en Dashboard, dat al het andere inferieur lijkt. Sinds we met de Form 2 zijn begonnen en naar de Form 3 hebben geüpgraded, zijn we niet overgestapt.'

Een enorme bibliotheek met SLA 3D-afdrukmaterialen

Coalesce gebruikt een breed scala aan Formlabs-harsen.

Een van de grote voordelen van SLA 3D-printen is de grote materialenbibliotheek. Hierdoor kan een enkele Form 3 meerdere rollen spelen binnen een organisatie, waarbij verschillende soorten onderdelen worden afgedrukt, afhankelijk van de toepassing.

Om het proces van het maken van testmallen te versnellen, heeft het team zich tot Draft Resin gewend om onderdelen sneller te maken. Armaturen printen bijvoorbeeld in ongeveer een uur met Draft Resin. De tijdwinst is van vitaal belang, en Vinnay vertelt ons dat "we ook een CNC-machine in huis hebben. De mogelijkheid hebben om te testen hoe het CNC-onderdeel eruit zal zien in een 3D-print, zonder de CNC-machine in te stellen, is van onschatbare waarde.”

Coalesce gebruikt de materiaalbibliotheek van Formlabs op de volgende manieren:

Concepthars wordt gebruikt om opspanningen te testen voordat ze worden bewerkt. Door de snelle printtijden is het team in staat om snel te wisselen tussen verschillende armatuurontwerpen, armatuurgaten en schroefbevestigingen te wijzigen. Door meerdere armaturen per bouwplatform te printen, kan het team het testen van hun inhalatoren versnellen.

Hars op hoge temperatuur wordt gebruikt om gereedschap te maken dat werkt in combinatie met een smeltlasgereedschap. Aangezien veel van de onderdelen van de inhalator aan elkaar geseald moeten worden, is het van vitaal belang om toegang te hebben tot aangepaste gereedschappen om het proces te helpen beheersen. Volgens Vinnay zijn deze onderdelen vaak niet bewerkbaar en kunnen ze met 3D-printen het perfect gevormde gereedschap maken.

Stijve hars wordt ook gebruikt voor tooling. Het team vindt dat Rigid Resin perfect is voor kleine, ingewikkelde functies die hun maatnauwkeurigheid moeten behouden, zoals kleine maasvormen die stevig moeten blijven wanneer ze worden blootgesteld aan luchtstroomkrachten.

Grijze Pro-hars wordt op dezelfde manier gebruikt als Rigid Resin, en wordt voornamelijk gebruikt voor armaturen en gereedschappen. Het Coalesce-team ontdekte dat Gray Pro Resin beter standhield onder slijtage, zoals tandwielen die in elkaar grijpen of wanneer er wrijving tussen onderdelen kan zijn.

Standaard harsen (White Resin &Black Resin) worden beide gebruikt voor esthetische modellen. White Resin is geweldig voor buitenkoffers, omdat het gemakkelijk te schilderen is. Volledig geverfde en nabewerkte White Resin-afdrukken worden gebruikt als presentatiemodellen voordat een apparaat groen licht krijgt voor de uiteindelijke productie.

BioMed heldere hars wordt gebruikt voor het bedrukken van mondstukken die worden verzonden om te worden getest met echte patiënten. Coalesce test hun apparaten via een adviesbureau van Human Factors, en het printen van verschillende mondstukken in BioMed Clear Resin maakt het betaalbaarder om een ​​breed scala aan vormen met patiënten te testen. Zonder BioMed Clear Resin zouden deze plastic onderdelen spuitgegoten moeten worden.

Elastische 50A-hars wordt voornamelijk gebruikt in het chemisch laboratorium van Coalesce om aangepaste adapters te maken die passen op een longsimulatiemachine. De adapter moet betrouwbaar afdichten tegen het te testen mondstuk en daarom is een siliconenachtig onderdeel nodig. Elastische 50A-hars kan buigen, uitrekken, comprimeren en bestand zijn tegen herhaalde cycli zonder te scheuren, waardoor het perfect is voor de adapters.

Heldere hars wordt vanwege het doorschijnende uiterlijk gebruikt als een soort oppotmateriaal. Het team zal versies van hun apparaten in Clear Resin assembleren, de hars polijsten en vervolgens observeren hoe alle verschillende componenten samenkomen in de inhalator. Hierdoor kunnen ze interne details meten die niet zichtbaar zouden zijn bij het printen in Black Resin of Grey Pro Resin.

3D-printen voor medische apparaten

De adem-aangedreven inhalator (BAI) bouwt voort op de kenmerken van het press-and-breathe-apparaat, maar is gemakkelijker te gebruiken; patiënten gewoon openen-inademen-sluiten.

Het platform met voorgedoseerde droge poederinhalator (DPI) is geschikt voor meerdere formuleringen, afzonderlijk of in combinatie. Het heeft een open-Inhale-close gebruikersinterface en een zeer duidelijke dosisteller.

De implementatie van in-house 3D-printen kan enorme waarde en cruciale tijdsvoordelen opleveren voor ontwikkelingsbedrijven voor medische apparatuur. Het kan niet alleen worden gebruikt om prototypen te maken die op het uiterlijk lijken, het kan ook helpen om outsourcing te verminderen, de iteratiesnelheid van het ontwerp te verhogen, essentiële gereedschappen te creëren terwijl spuitgieten niet meer nodig is, en meer.

Met behulp van Formlabs 3D-printers verkortte Coalesce Product Development de doorlooptijden voor de behandeling van één medisch hulpmiddel met 80-90 procent en realiseerde het een kostenbesparing van 96 procent. In de loop van de tijd zijn ze blijven investeren in en uitbreiden van toepassingen voor 3D-printen, waardoor ze toonaangevend zijn in de ontwikkeling van inhalatieproducten. De kostenbesparingen en de snelheid van ontwikkeling hebben het bedrijf in staat gesteld om apparaten voor zijn klanten te ontwikkelen, en ook om zijn eigen apparaattechnologie te ontwikkelen voor het verlenen van licenties aan wereldwijde farmaceutische bedrijven met relatief bescheiden financiële investeringen.

Uiteindelijk vatte Vinnay zijn ervaring met het gebruik van Formlabs-printers in één zin samen:"Voor Coalesce zijn de Formlabs 3D-printers van vitaal belang."

Neem contact op met Formlabs voor meer informatie over hoe desktop SLA 3D-printen prototyping- en testworkflows kan vereenvoudigen en ontvang een gratis voorbeeld voor uw specifieke toepassing.