ハプリー・ロボティクスヒューズ1によるラピッドプロトタイピング｜フォームラブズ
この記事では、Haply Robotics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、そしてなぜFuse 1を購入したのかを紹介する。
コンピューターサイエンスとエンジニアリングの融合により、ロボット工学はヘルスケア産業において大きな可能性を示している。病室の消毒から検査助手としての作業まで、ロボットは幅広い医療用途に対応できる。手術のような重要な医療処置に関しては、正確さがすべてです。北米では、医療関連エラーが毎年40万人以上の死因を占め、がん、心臓病に次いで3番目に高い不自然死の原因となっている。ロボット工学はどのように役立つのか？
会社概要 ハプリー・ロボティクス2018年に設立されたモントリオールを拠点とする企業であるHaply Robotics社では、ロボットが外科医の手術手順の微調整を支援している。Haply Roboticsは、次世代の物理シミュレーションコンソールを構築し、世界中の200万人以上の外科医に、最先端の仮想現実と拡張現実技術を使用して260以上の外科手術を完成させる力を与えている。外科医のためのプレイステーション」と称されるHaplyのインバースフォースフィードバック・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、患者のリスクを減らし、手術時間を改善することを目標としている。
Haply Roboticsは、ラピッドプロトタイピングのために3Dプリントを社内に導入し、FDM、SLA、SLSの3Dプリントをプロジェクト全体に展開しています。この投稿では、Haply Roboticsがさまざまな3Dプリント技術をどのように使用してきたか、そしてFuse 1を購入した理由について説明します。
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の機械工学責任者であるFelix Desourdy氏は、2018年にHaply Roboticsの共同設立者であるColin Gallacher氏とSteve Ding氏に会ったと語った。"私たちはカナダ国立研究評議会で出会い、医療手術シミュレーションのためのハプティック開発をしているチームで仕事をしていました。私たちは皆、何かをデザインし、それを素早く反復することができ、プロトタイプに次ぐプロトタイプを行うだけで、やりたいことの完璧なアイデアを生み出すことができるという新しい時代のファンでした。"
このチャレンジは、COVID-19に苦しむ患者のために、低コストで、シンプルで、使いやすく、作りやすい人工呼吸器を設計する装置企業を募集するものである。
2,600を超える登録があり、94カ国から1,000を超えるチームが参加した。 ハプリーのデザインは、設計と操作のシンプルさ、製造コスト、トレーニングのしやすさのバランスから、これらの中で最も優れたものとして選ばれた。
「CODE LiFE人工呼吸器チャレンジでの経験は、信じられないほど困難なものでしたが、チームとして経験した中で最もやりがいのあるものでした。私たちは、COVID-19によって強調された人工呼吸器のような必要不可欠な医療技術へのアクセスにおける先進国と発展途上国の格差に突き動かされていました。組織委員会、特にレザ・ファリバー教授、モントリオール総合病院財団、RI-MUHC、そしてこのような意義深いイニシアチブを組織してくれたマギル大学工学部に大変感謝しています」とハプリー・ロボティクスの共同創立者コリン・ギャラチャー氏は語った。
Haplyは人工呼吸器の開発に3Dプリントを導入し、Form 3とTough Resinを使用して機械の内部を作成しました。社内に3Dプリントを導入したことで、チームは人工呼吸器内部の最終使用部品を作成することができ、コンテストに入賞できるデザインを迅速に完成させ、パンデミック時に人工呼吸器をより利用しやすくすることができました。
3DプリントされたHaply人工呼吸器の内部。
「タフ・レジンは密閉できるので、このプロジェクトには最適でした。樹脂にドリルで穴を開け、フィッティングを挿入しても漏れることはありませんでした。ABS樹脂とよく似ています。
完璧なデザインのラピッドプロトタイピング
COVID-19人工呼吸器の開発から学んだことを生かし、チームはメインプロジェクトである医療手術シミュレーション用のハプティック開発に引き続き取り組んだ。
ラピッドプロトタイピングHaplyが社内の3Dプリントに投資した主な理由は、デスクトッププリンターを使って、完璧な形状を見つけるまで複雑なパーツを何度も繰り返しプリントすることです。Desourdy氏は、反復が鍵となる主な理由として、人間工学と正しい形状の実現という2点を挙げ、「私たちは、完璧な形状を見つけるまで試作に次ぐ試作を繰り返すという、新しい時代のデザインのファンです。そして、私たちが作っているものはすべて、3Dプリントに最適なサイズなのです」。
Haplyは、インバース・フォース・フィードバック・コンソールのために何十もの反復を繰り返してきた。
チームは当初 FDMプリンターFDMプリンターを導入しました。これらのマシンは当初、ラピッドプロトタイピングというチームの目標を満たしていた。しかし、時間の経過とともに、チームは、より高品質な印刷を必要とする、見た目や作品のようなプロトタイプを作りたいと思うようになった。彼らは最終的にForm 2を購入し、さらに高解像度印刷用にForm 3を購入した。
「手術シミュレーターでは特にそうです。繰り返し、繰り返し、繰り返すことができなければなりません。「私たちは、より硬い器具を作ることを繰り返し、最初は素材を変えずに、何が硬くするのかを少しずつ理解し、やりたいことに適した形状にしました。私の考えでは、より良い形状のものに向かって反復し、それが終わったら、より硬いものにするために材料を変えるのは簡単だ。しかし、ジオメトリーを変えるには、もう少し踏み込んだことをしなければならない。"
閉じたロボットアーム。
ヒューズ1による最終用途部品の試作
Haply Roboticsはロボットアームのプロトタイプを作り続け、Fuse 1でSLS 3Dプリントを社内に導入した。これは、Fuse 1で作成されるナイロン部品が、チームが求める最終製品に近いからである。以前は、外注でナイロンを使って試作していたが、それには多くの問題があった。「ヒューズ1では、まったく新しいレベルのプロトタイピングができます。最終製品に近いナイロン製のものを作るつもりです。プリンターが社内にあるので、機械や素材の公差を知ることができます。すべての精度が格段に向上しました」とデソルディ。
チームはヒューズ1を使って機能的なボタンを印刷することができた。
デソルディ氏は、アウトソーシングは結果に対するコントロールが甘くなると付け加えた。「外注に出す場合、必ずしも正しい向きや仕様があるとは限りませんし、外注先がどのようなプリンターを持っているか、どの程度メンテナンスしているかもわかりません。「このようなことを素早く反復できることは、最も価値のあることだと思います」。
Haply Roboticsのような小規模だが成長中の企業にとってもう1つ考慮すべきことは、成長中のオフィスの物理的なスペースが狭い場合が多いことだ。従来のSLS 3Dプリンターの大半は、かなりのスペースを占め、設置が困難な場合が多い。Fuse 1は、比較的コンパクトなサイズでありながら、高レベルの出力を提供します。「Fuseはそれほど大きくないので、とても便利です。通常のデスクトップ3Dプリンターよりはスペースが必要ですが、正直なところ、この種の生産に参入している産業用マシンと比較すれば、非常に小さいです」とデソルディ氏。同氏によると、チームはHPのSLSプリンターへの投資を検討したが、マシンのサイズが大きかったことが障壁になったという。産業グレードのマシンを探し始めると、Fuse 1は他のものと比べて小さいのです」。
Haply社のプロダクト・オーナーであるジェシカ・ヘンリー氏は、Fuse 1を使った3Dプリントはプロセスを合理化し、自動化すると語った。Henry氏は、3Dプリンティングでは、どんなに微細であっても細部を把握することが鍵になると語った。「小さなディテールを1つ変えるだけで、ロボットアームを完全にスムーズに動かすことができます。Fuse 1を使えば、チームはプリントサイクルごとに複数のパーツをプリントすることができ、一度に生産できるロボットアームの数を増やすことができます。このレベルの出力に匹敵するためには、チームは複数のFDM機を購入する必要があるが、それでも部品の性能要件を満たすことはできない。
最後に、FDMやSLAに対するFuse 1のもうひとつの大きな利点は、部品にサポート構造がないことだ。
デソルディは、このことにすぐに気づいたという：「FDM用にデザインする場合、サポート用に平らな面が1面必要か、醜くなる面が1面必要だとわかっています。樹脂プリンターでも、片面はサポートを保持する必要があります。Fuse 1はサポートなしでプリントできるので、パーツのデザイン方法が変わりました。どんな向きでも、ディテールは維持されます」。この変化は設計プロセスにも影響し、Desourdyはこう付け加えた。「3Dプリントプロセスの心配は減り、設計に集中できるようになりました。
プロトタイプにさらに命を吹き込むため、チームは加工後のパーツを染めたり塗装したりするソリューションを検討している。
ロボットアームの筐体はナイロンで印刷され、塗装されている。
ヒューズ1についてもっと知る
Fuse 1は現在プロトタイピングに使用されているが、Haply RoboticsはFuse 1を最終製品にも使用することを視野に入れている。「私が見たところでは、少量生産が簡単にできそうです。超面白くなりそうです。プロトタイピング用の部分もある。最終用途になる部分もある」とデソルディ。ヘンリー氏は、「機械上で部品を追加したり微調整したりすることができれば、製品が古くなることはありません」と付け加えた。
ヒューズ1は現在、医療機器メーカーをはじめとするヘルスケア分野のさまざまなメーカーに導入されている。例えば パーシャルハンド・ソリューションズや テンションスクエアなどの企業は、SLS 3Dプリントを初めて社内に導入し、患者専用の補綴ソリューションや潰れた肺をサポートするデバイスを作成するためにFuse 1を導入しています。
「SLSプリンターはずっと欲しかったのですが、現在の価格では手が届きませんでした。Fuse 1は、パーシャルハンド・ソリューションズのような小規模ビジネスに最適です。"
