3D printanje prije masovne proizvodnje

Fenomen koji je poput vatre zahvatio zajednicu “mejkera”, proširio se i do Hrvatske te jednom zauvijek dokazao da se s 3D printanjem nikako ne treba šaliti! 2020. godina sigurno će ostati zapamćena kao godina u kojoj se na “bojište” kretalo s 3D printerom dok su dronovi snimali situaciju nakon potresa i javljali stožeru trenutno stanje. Što smo za to vrijeme radili na 3DPrintaj platformi i zašto smo posegnuli za 3D printanjem vizira prije masovne proizvodnje?

Zaštitni viziri izrađeni pomoću 3D printera

Prvo smo proučavali što se događa vani u svijetu i  uspoređivali ključne informacije. Zatim smo se udružili sa hrabrijima od nas te na kraju 3D printali ono što smo smatrali najboljom solucijom. No, ajmo se prvo vratiti korak nazad da vidimo u kojem slučaju koristiti 3D printanje i što 3D printati dok nas napadaju nevidljivi mali virusi od kojih se želimo brzo obraniti? Izrada kompjuterskog 3D modela te 3D printanje vrlo su funkcionalni u slučaju brzog prototipiranja i pronalaženja optimalnog rješenja u novonastaloj situaciji.

3D printanjem do prototipa

Dakle, gotovo svaka situacija u kojoj “na brzinu” treba doći do optimalnog rješenja ili prototipa zahtjeva 3D modeliranje i 3D printanje. Pomoću 3D printera možeš dizajn testirati više puta ukoliko je to potrebno dok ne dođeš do najoptimalnijeg rješenja spremnog za proizvodnju. Ovisno o industriji (arhitektura, dizajn, inženjerski sektor ili medicina) taj proces može trajati danima ili tjednima. Vrijeme prototipiranja naglašavamo kao izuzetno važan faktor. 

Ovakav brzi scenarij stvaranja medicinskih pomagala od prototipa, preko 3D printanja do velike serijske proizvodnje nije se mogao dogoditi prije doba 3D printera! Tradicionalnom proizvodnjom put od ideje do gotovog prototipa trajao je mnogo duže, a mogućnosti izmjene modela bile su mnogo manje. O tome smo govorili u prethodnim blogovima. 

Viziri čiji su se dijelovi 3D printali diljem svijeta

3D printanjem do prototipa medicinskih pomagala

U situaciji kad je lanac opskrbe prekinut, a manjak medicinske opreme pogodio je stanovništvo u pojedinim zemljama svijeta, posegnuli smo za najmoćnijim alatom koji smo imali pri ruci, 3D printerom! Trebala su nam funkcionalna i testirana rješenja koja mogu “odmah” poslužiti tisućama zdravstvenih djelatnika.

Što predstavlja poseban izazov pri takvoj proizvodnji? Svi dostupni prototipi trebali su biti prvo odobreni od strane medicinske struke, kako ne bi došlo do zaraze liječnika ili pacijenata, te maksimalno praktični za upotrebu! Također, cijela proizvodnja 3D printerima zahtijevala je slijeđenje posebnih sigurnosnih protokola kako bi se spriječila kontaminacija 3D printanih dijelova u samom procesu. Nakon isporuke, medicinska oprema morala je biti ponovno sterilizirana od strane liječnika kako bi bila što sigurnija za upotrebu.

Dogodio se jedan veliki “clash”, ali i pozitivna suradnja inženjerske i medicinske struke u kojoj je medicina imala završnu riječ. Na tisuće kreativnih mejkera i inženjera osmišljavali su razne načine kako da pomognu ljudima proizvodeći vrlo domišljate dizajne. Samo nekolicina prijedloga bila je selektirana te u konačnici i odobrena za upotrebu u sklopu zdravstvenog sustava. No, bez kreativnosti i 3D printera, ništa od navedenog ne bi bilo moguće u tako kratkom roku!

Velika farma 3D printera u tvornici Prusa Research

Što se 3D printalo u inozemstvu?

Najveća senzacija došla je iz Italije gdje je bolnica puna pacijenata oboljelih od koronavirusa ostala bez Venturijevih cijevi za respiratore. Za potrebe bolnice, lokalna tvrtka Issinova je 3D printanjem u roku od jednog dana izradila zamjenske dijelove koji su spasili brojne ljudske živote. Njihov direktor Cristian Fracassi objasnio je sve prednosti i rizike takve “ekspresne” proizvodnje Venturijevih cijevi zbog čega su 3D model u konačnici zadržali za sebe.

Na Facebooku se u kratkom roku organiziralo i nekoliko velikih grupa poput Open Source COVID19 Medical Supplies u kojima su ljudi razmjenjivali ideje oko izrade zaštitnih pomagala za zdravstvene djelatnike, pacijente te one oboljele od koronavirusa. Savjete za izradu medicinskih pomagala dobivali su od bolnica i medicinskih ustanova koje su prethodno kontaktirali. Stranica EIT Health.eu nastojala je povezati inovatore iz raznih zemalja da zajedno rade na osmišljavanju rješenja u borbi protiv koronavirusa. Na taj način se pokušala ostvariti što veća sinergija stručnjaka i inovatora te brži i kvalitetniji rad na rješenju problema. 

Tvrtke koje su najveći autoriteti u industriji 3D printanja razvijaju svoja rješenja za borbu protiv koronavirusa u suradnji sa medicinskim sustavom! Tako je tvrtka Stratasys angažirala cijeli laboratorij kako bi ispitala biokompatibilnost MED610 materijala u svrhu 3D printanja dijelova za respiratore i drugu medicinsku opremu s ugrađenim ventilatorima. Ova velika tvrtka radi istovremeno na nekoliko inicijativa: razvoj zaštitnih vizira, razvoj “full face maski” i razvoj drugih medicinskih komponenti. Za sada je jedino njihov dizajn zaštitnih vizira službeno odobren i javno dostupan. Uz njihov dizajn je navedena i lista korištenih tehnologija 3D ispisa i materijala. Kako bi ubrzano proizveli ogromnu količinu vizira Stratasys je ušao u koaliciju sa čak 150 različitih tvrtki te sveučilišta diljem svijeta!

3D printali smo provjeren dizajn

Tvrtka Prusa Research najpoznatiji je europski proizvođač FDM/FFF 3D printera desktop kategorije te tvrtka koja broji preko 500 zaposlenih. Jako mnogo resursa i vremena ulažu u inovaciju te plasiranje novih proizvoda na tržište. U situaciji koronavirusa sve svoje snage su preusmjerili u pronalaženje optimalnog rješenja za izradu zaštitne opreme! Od početka inicijative koja je trajala nekoliko tjedana, kontaktirali su svoju zajednicu mejkera te prvo prikupili na stotine dizajna i mogućih rješenja problema.

Nekoliko dana nakon početka inicijative, u suradnji sa Ministarstvom zdravstva u Češkoj, pronašli su najoptimalniji dizajn za zdravstvene djelatnike. Prototip je prvo morao proći nekoliko izmjena prije nego je u konačnici bio odobren te javno objavljen. Na temelju navedenog dizajna, u Češkoj, do danas je izrađeno preko 50 000 držača vizira zahvaljujući 3D printanju na velikim farmama 3D printera.

Istraživanje koje su napravili u tvornici Prusa Research te cijeli razvoj prototipa koji su proveli uštedjelo je golemu količinu vremena svima kojima je trebao funkcionalan, testiran, odobren i optimiziran model spreman za 3D printanje. Ponudili su sigurno rješenje tisućama mejkera i mi smo ga u Hrvatskoj objeručke prihvatili!

Inicijativa Hrvatskog studentskog zbora (HSZ)

U Hrvatskoj je lavinu tj. inicijativu tijekom ožujka pokrenuo Hrvatski studentski zbor (HSZ) na čelu sa Slavenom Damjanovićem. U Splitu su u komunikaciji s doktorima proizveli i testirali prvih nekoliko vizira na temelju javno dostupnog Prusinog dizajna. Doktori su odmah uočili prednost jednostavne proizvodnje plastičnih držača vizira 3D printerima, mogućnost lakog skidanja i mijenjanja zaštitnih PET folija te dezinfekcije 3D printanih dijelova koji se zatim mogu ponovo koristiti. Također, zaštitni vizir je vrlo lagan, siguran i praktičan za nošenje.

Kako zaštitni viziri imaju funkciju dodatne zaštite te se nose preko ostale opreme (maske, zaštitnih naočala) ključno je bilo da “aerosol” tj. sitne čestice koje putuju zrakom ne dođu u kontakt s licem ili onime što doktor nosi ispod vizira. Na taj način omogućena je mnogo bolja zaštita lica od virusa Covid-19, a nakon nošenja folije na viziru mogu se mijenjati. Obzirom da se radi o visoko zaraznom virusu koji se vrlo lako prenosi s čovjeka na čovjeka, ključno je da zaštitni vizir kojeg liječnik nosi ima što manju mogućnost prijenosa virusa!

Iako su u Hrvatskoj razmatrane i mnoge druge mogućnosti zaštite od “full face” maski do raznih vrsta naglavnika i vizira, provjereni Prusin dizajn s razlogom je jedini došao od 3D printanja do veće serijske proizvodnje u vrlo kratkom roku. Sličan scenarij slijedile su susjedna BIH te Srbija, kao i mnoge države Europske Unije.

Što smo radili na 3DPrintaj platformi?

3D printanje vizira za bolnice zahvatilo je zajednicu mejkera poput kakvog humanitarnog požara. Svi smo radili koliko smo mogli i kako smo mogli. Pojavile su se mnoge dobrotvorne akcije pokrenute od strane raznih ustanova i tvrtki. Inicijativi Hrvatskog studentskog zbora (HSZ) priključili su se suradnici i volonteri gotovo iz svih dijelova Hrvatske, uključujući i nas na 3DPrintaj platformi!

Prijavili smo se za suradnju i volontiranje jer imamo svoju “farmu” FDM/FFF 3D printera. 3D printali smo isključivo odobren Prusin dizajn u PETG materijalu te se pridržavali svih uputa oko same proizvodnje i sterilizacije 3D printanih komada. Koordinatori su nam donosili 3D printane držače vizira od brojnih volontera diljem Zagreba koji su, zahvaljujući uputama HSZ-a, bili kvalitetno izrađeni.

Na području Zagreba do 10.04. isporučeno je ukupno 1242 vizira najugroženijim zdravstvenim djelatnicima u javnom zdravstvu. Na 3DPrintaj platformi, osim što smo 3D printali dijelove vizira, bili smo centralna točka sastavljanja i distribucije vizira bolnicama. Kvalitetnom suradnjom sa studentima, brojnim volonterima, udrugom IRIM – Croatian Makers, tvrtkama LaserPlexx i Nova Forma koje su donirale svoje usluge rezanja zaštitnih folija uspjeli smo u kratkom roku pomoći većem broju ljudi. Akcija je uspješno privedena kraju poslije Uskrsa i u mnogim drugim gradovima.

Ukupno 11 koordinatora imalo je pune ruke posla u čak 11 različitih područja Hrvatske. U dobrotvornoj akciji sudjelovalo je 289 pojedinaca, 27 škola, fakulteta i tvrtki te gotovo 400 3D printera. U periodu od 2-3 tjedna (do 10.04.) izrađeno je i isporučeno više od 6500 zaštitnih vizira najugroženijim zdravstvenim djelatnicima diljem Hrvatske. Sigurni smo kad bi ovdje pribrojili i druge akcije 3D printanja vizira u Hrvatskoj da bi taj broj bio i mnogo veći. 🙂

Nošenje zaštitnih rukavica prilikom izrade vizira

Zašto 3D printanje prije masovne proizvodnje?

Ovakva brzinska izrada zaštitne medicinske opreme diljem svijeta, u cijeloj povijesti proizvodnje, događaj je kojem nema presedana. 3D printanje u svemu tome predstavlja izuzetno važan “most” između razvoja prototipa te konačnog kretanja u masovnu proizvodnju! Važno je naglasiti da su 3D printanje i proizvodnja velikih serija proizvoda u međusobno komplementarnom odnosu što znači da se nadopunjuju.

Kako to da je 2020. godine 3D printanje odigralo ključnu ulogu u izradi zaštitnih vizira za zdravstvene djelatnike? Treba uzeti u obzir nekoliko faktora. Moderna digitalna tehnologija i široka rasprostranjenost FDM/FFF 3D printera doprinijele su bržem razvoju prototipa, dostupnom “open source” dizajnu, jednostavnijem testiranju proizvoda te velikoj mogućnosti 3D printanja serija držača vizira na bilo kojoj lokaciji. Treba napomenuti da su mnogi volonteri u situaciji karantene 3D printali kod kuće zahvaljujući dostupnosti i jednostavnosti korištenja običnih desktop FDM/FFF 3D printera.

Također, vrlo brzo smo mogli testirati dizajn na zdravstvenim djelatnicima te nakon testiranja zaštitne medicinske opreme u roku svega 2-3 tjedna izraditi i isporučiti na tisuće vizira diljem Hrvatske. Time smo uspjeli dovoljno brzo reagirati, spriječiti širenje zaraze među doktorima te izbjeći mogući “talijanski scenarij”. U Češkoj je 3D printanje doseglo tvorničke razmjere, a u Hrvatskoj je, kao i u većini zemalja odigralo ključnu ulogu prije veće tvorničke proizvodnje te je na neki način i potaknulo.

Važno je naglasiti da je korištenje tehnologije 3D printanja racionalno za izradu serija dijelova vizira od nekoliko desetaka pa sve do nekoliko tisuća komada. Izrada skupog kalupa za tvorničku proizvodnju stvarno nema smisla ako se radi o manjim serijama proizvoda. No, u slučaju potrebe izrade zaštitnih vizira u desecima tisuća komada injekcijsko prešanje bilo je očekivan i logičan nastavak proizvodnje.

Stotine volontera su 3D printale vizire diljem Hrvatske

Izrada 50 000 komada injekcijskim prešanjem

Razlog tome je proizvodnost odnosno količina u jedinici vremena. Čak i najbrža tehnologija 3D printanja tj. 3D printer ne može napraviti više od 100-tinjak komada dnevno koji su u relativno kratkom roku spremni za upotrebu. Također, važna je automatizacija cijelog procesa proizvodnje, u kojem ima što manje manualnog rada, te konačna isplativost.

Prednost proizvodnje injekcijskim prešanjem je u tome što je za izradu jednog komada potrebno svega 30-40 sekundi, što znači da je na dnevnoj bazi moguće izraditi na tisuće držača vizira koji su odmah spremni za upotrebu! Osim toga, cijena materijala u slučaju injekcijskog prešanja je manja. No sama izrada kalupa traje najmanje 15-ak dana te košta i do nekoliko desetaka tisuća eura. Svaka naknadna izmjena kalupa je praktički nemoguća ili vrlo skupa. To znači da kalup za injekcijsko prešanje, u slučaju da nije dobro napravljen, praktički nije upotrebljiv.

Kad govorimo o 3D printanju i “masovnoj proizvodnji” jasno je koliko je 3D printanje brzo, isplativo i nužno kako bi se napravili svi potrebni koraci prije izbacivanja nekog proizvoda na tržište te otklonile mogućnosti pogreške u dizajnu. Na taj način možeš biti mnogo sigurniji da ulažeš u kvalitetan, funkcionalan i testiran proizvod. Važno je samo prepoznati gdje “završava” 3D printanje, a gdje počinje proizvodnja injekcijskim prešanjem.

U Hrvatskoj je tvrtka AD Plastik upravo u procesu proizvodnje injekcijskim prešanjem prvih 50 000 komada držača zaštitnih vizira koji bi u relativno kratkom roku (2000 komada dnevno) trebali biti raspoređeni zdravstvenim djelatnicima putem hrvatskog državnog stožera. Nakon toga slijedi nastavak masovne tvorničke proizvodnje kojim bi se trebao u potpunosti riješiti problem opskrbe zdravstvenog sustava potrebnom zaštitnom opremom. 

Proizvodnja i distribucija 50 000 vizira

Razvoj proizvoda, 3D printanje, serijska proizvodnja

Na kraju, važno je razlučiti što je potrebno za razvoj prototipa, koje mogućnosti pruža proizvodnja 3D printanjem te kada i zašto stupa na scenu velika serijska proizvodnja? 

Razvoj proizvoda za medicinske potrebe izuzetno je kompleksan radi vrlo zahtjevnih okolinskih uvjeta proizvodnje, adekvatnog materijala, procesa izrade, funkcionalnosti te maksimalne sigurnosti svakog komada za ljudsko zdravlje. Radi toga su najčešće potrebna temeljita testiranja proizvoda! U iznimnim situacijama može se pribjeći korištenju opreme koja prethodno nije bila temeljito testirana. No, čak i kod 3D printanja zaštitnih vizira za medicinsko osoblje neophodno je uzeti u obzir da vizir mora biti na nečijoj glavi 12h dnevno, biti lagan i udoban za nošenje, držač vizira mora čvrsto stajati kako ne bi ispao pri kretanju, imati čvrstu i donekle fleksibilnu strukturu da se ne bi slomio te da se može dezinficirati. 

Iz svega navedenoga jasno je da nije bilo mnogo prostora za eksperimentiranje i “nova tehnička rješenja”. Samo nekoliko prijedloga dizajna u svijetu proizvodnje je probrano i odobreno za korištenje u medicinske svrhe. Stoga nije bilo za očekivati da će u Hrvatskoj nastati i biti proizvedena neka nova tehnička rješenja koja u ovako kratkom roku mogu riješiti problem zdravstva. Do sada smo upoznati sa imitacijama, kopijama i preinakama postojećih medicinskih proizvoda koji su se prethodno pojavili u drugim državama. Ovo je važno naglasiti radi pojmova “inovacija” ili “razvoj proizvoda” koji se često pogrešno koriste, te stvaraju pogrešan dojam da nova rješenja na brzinu izlaze “iz garaže”. Razvoj je ipak najkompleksniji dio koji dolazi prije same proizvodnje te zahtjeva ljudske resurse, vrijeme i novac.

To ne znači da je razvoj proizvoda nešto čime se ne bi trebali baviti. Naprotiv, ako dobro isplaniraš cijeli proces, razvoj proizvoda pomoću 3D printanja vrlo je zabavno iskustvo koje u konačnici ima i značajnu komercijalnu vrijednost. Kad krećeš u razvoj proizvoda, trebaš uvijek imati na umu ljudske i materijalne resurse te vrijeme izrade prototipa obzirom na neki mogući broj iteracija. Dakle, treba uzeti u obzir cijenu (materijal, kalup, amortizaciju strojeva), brzinu razvoja nekog proizvoda te željenu kvalitetu proizvoda. Nakon toga možeš krenuti u serijsku proizvodnju 3D printanjem, ili u izradu kalupa za injekcijsko prešanje, ovisno o broju komada.

Važno je neprestano učiti od naprednijih u području aditivne proizvodnje kao što mi učimo od vodećih tvrtki u našoj branši. Također, ovdje smo da podijelimo svoja znanja s tobom na 3DPrintaj platformi kako bi ti tehnologiju 3D printanja učinili što poznatijom, dostupnijom i korisnijom. Nadamo se da smo ovim blogom razjasnili mnoga pitanja o fenomenu masovnog 3D printanja vizira te o proizvodnji općenito. Za bilo dodatna pitanja, suradnju ili projekte obrati nam se na info@3dprintaj.com

Također, ponosni smo na zajednicu stotina mejkera koji su surađivali, bili podrška jedni drugima i uspjeli pomoći tisućama ljudi diljem Hrvatske! Jedan pljesak svima i pozdrav od 3DPrintaj tima. Želimo da 3DPrintaj platforma bude mjesto na koje uvijek možeš doći po još znanja i iskustva. Prati nas i #3DPrintaj i ti! 🙂