Haply ：Fuse 1 を使ったラピッドプロトタイピング | FormLabs
この記事では、Haply Robotics社がさまざまな3Dプリント技術をどのように活用してきたか、そして同社がFuse 1を購入した理由について解説します。
コンピュータサイエンスと工学を融合させたロボティクスは、医療業界に変革をもたらしています。現在、ロボットは患者室の消毒から実験室での補助業務に至るまで、幅広い業務に活用されています。精度が極めて重要となる外科手術の分野において、ロボティクスは、北米で年間40万人以上の死者を出している医療過誤を減らす可能性を秘めています。
Haply 2018年に設立されたモントリオール拠点の企業「Robotics」は、外科医が手術室に入る前に手術手技を磨き上げるのに役立つロボットシステムを開発しています。同社の主力製品であるフォースフィードバック対応コンソールは、しばしば「外科医のためのプレイステーション」と称され、医療従事者がリアルな仮想現実（VR）および拡張現実（AR）環境で260種類以上の手術手技を練習できるようにすることで、手術成果の向上と患者のリスク低減に貢献しています。
製品開発を加速させるため、Haply 社は3Dプリンティングを社内に導入し、FDM、SLA、SLSといった印刷技術を活用してラピッドプロトタイピングを行いました。本記事では、さまざまな印刷手法が同社の開発プロセスをどのように支えたか、また同社がFormlabs Fuse 1に投資した理由について解説します。
COVID-19用人工呼吸器開発とのコラボレーションが始まる
Haply Roboticsの機械工学部門責任者であるフェリックス・デソーディは、2018年にカナダ国立研究評議会でハプティック手術シミュレーションの研究に従事していた際、共同創業者のコリン・ギャラチャーとスティーブ・ディンと出会いました。製品開発の迅速な反復に対する彼らの共通の関心は、Haply の開発アプローチの基盤となりました。
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックにより、政府主導の大規模な共同プロジェクトが一時中断された際、チームは、手頃な価格で組み立てやすい人工呼吸器を設計する国際コンテスト「CODE LiFE Ventilator Challenge」に参加しました。
94カ国から寄せられた2,600件以上の応募作品の中から、Haply 氏の人工呼吸器が、そのシンプルさ、手頃な価格、そして操作訓練のしやすさから、最優秀デザインとして選ばれました。
コリン・ギャラチャー氏は、この取り組みを同社にとって最もやりがいのある経験の一つだと述べ、世界中で人命を救う医療技術へのアクセスを改善したいという同社の意欲を強調した。
同チームは、Formlabs社の「Form 3」プリンターと「Tough Resin」レジンを使用して、人工呼吸器の機能的な内部部品を製造しました。社内にプリンターを保有していたおかげで、パンデミックの最中でも迅速に試作を繰り返しながら、量産レベルの品質を持つ部品を製作することができました。
デソーディ氏は、「タフ・レジン」が、穴あけや継手の取り付け後も漏れなく密閉できる上、ABS樹脂と同様の材料特性を備えているため、理想的な素材であると説明した。
また、この記事には「CODE LiFE Ventilator Challenge」に関する追加情報へのリンクも掲載されています。
完璧なデザインのラピッドプロトタイピング
人工呼吸器プロジェクトを完了した後、Haply は、外科手術シミュレーション用の高度なハプティックデバイスの開発に再び注力した。
ラピッドプロトタイピングは、同社の最大の強みのひとつとなった。デスクトップ型3Dプリンターを活用することで、エンジニアたちは、理想的な人間工学と形状が実現するまで、同じ部品の複数のバージョンを印刷することができた。
デソーディ氏によれば、現代の製品開発とは、完璧なデザインが見つかるまで、次々とプロトタイプを作り続けることだという。
当初、Haply は、低コストで印刷速度も速いという理由から、手頃な価格のFDMプリンターを採用していました。製品が成熟するにつれ、より高品質な試作品が必要となったため、FormlabsのForm 2、そして後にForm 3といったSLAプリンターを導入しました。
これらのデバイスは外科医の手と直接接触するため、快適性、剛性、形状の適切なバランスを実現するには、継続的な試験と改良が必要でした。
デソーディ氏は、構造設計が剛性や性能に最も大きな影響を与えるため、材料を変更する前に幾何学的形状を完成させるべきだと説明した。
ヒューズ1による最終用途部品の試作
開発が進むにつれ、Haply 社はFormlabs Fuse 1 SLSプリンターを導入し、最終的な生産品質に極めて近いナイロン部品の製造を実現しました。
以前は、ナイロン製の試作モデルを外注しなければならず、それが遅延や品質のばらつきを招いていました。Fuse 1を社内に導入したことで、エンジニアたちは、1週間近く待つことなく、2日以内に強度の高い機能性試作モデルを製作できるようになりました。
チームがプリンターを自ら管理したことで、公差、材料、そして全体的な品質においても、より一貫性が高まりました。
デソーディ氏は、アウトソーシングを行うということは、印刷方向、機械のキャリブレーション、および素材の品質に対する管理権を放棄することを意味すると説明した。
また、同氏は、Fuse 1のコンパクトな設置面積により、特にはるかに大型の産業用SLSシステムと比較して、成長中のスタートアップ企業に適していると指摘した。
Haply Roboticsのプロダクトオーナーであるジェシカ・ヘンリー氏は、Fuse 1によって開発プロセスが効率化されたと付け加えた。その理由として、ごくわずかな設計変更でもロボットアームの性能を劇的に向上させることができるからだと説明した。
また、このプリンターでは、1回の印刷サイクルで複数の部品を製造することが可能となり、生産性が大幅に向上しました。
SLS造形法のもう一つの大きな利点は、サポート構造が不要だったことである。
FDMやSLA方式の造形では、支柱の設置のために表面の一部を犠牲にしなければなりませんが、Fuse 1では、細部のディテールを損なうことなく、どのような向きでも部品を造形することができます。
デソーディ氏は、このことが自身の設計哲学を変え、印刷上の制約を気にするのではなく、エンジニアリングそのものに集中できるようになったと説明した。
また、チームは、量産向けの試作品を作るために、塗装や染色技術の検討も開始した。
ヒューズ1についてもっと知る
Fuse 1は当初、試作用に購入されたものでしたが、Haply Robotics社は、小ロット生産にも活用する予定です。
デソーディ氏は、このプリンターが試作の製作だけでなく、最終用途の部品の製造にも適していると見ている。
ジェシカ・ヘンリー氏は、自社内で製造を行っていることで、部品をいつでも更新・改良できるため、製品を継続的に進化させることができると付け加えた。
また、この記事では、他の医療関連企業が「Fuse 1」を活用して、医療機器、義肢、および患者ごとにカスタマイズされた医療ソリューションを製造している実例についても紹介しています。
ある顧客は、これまで産業用SLSプリンターは中小企業には高価すぎたが、Fuse 1の登場によってようやくこの技術が手の届くものになったとコメントした。
この記事の最後には、Formlabs Fuse 1についてさらに詳しく知るためのリンクが掲載されており、Formlabsのオリジナル記事も参照されています。
抜粋
「外科医のためのプレイステーション」とも呼ばれるHaply コンソールは、外科医が手術を行う前にシミュレーションを行うことを可能にし、患者へのリスクを低減し、手術時間を短縮することを目的としています。
