Представьте типичный день в ортопедической лаборатории лет десять назад: снят слепок стопы, заготовка встала на фрезерный станок, а дальше - часы ручной работы напильником и наждачкой, чтобы довести стельку до ума. И так на каждую пару! Трудозатратно, долго и, как выяснилось, довольно расточительно: при фрезеровании до 80% исходного материала попросту улетает в отходы, а сам процесс поднимает в воздух облако пыли, с которым потом приходится жить всей лаборатории.
Сегодня у ортопедов есть выбор: заморачиваться и тратить драгоценное время на ручной труд или внедрить в работу SLS (Selective Laser Sintering - технологию 3Д-печати, при которой лазер послойно спекает порошок материала в готовое изделие). LutraCAD - компания, разрабатывающая программные решения для проектирования индивидуальных стелек и других ортопедических изделий, сама прошла этот путь: перевела собственное производство с FFF (Fused Filament Fabrication, по сути то же самое, что и более привычная аббревиатура FDM) на SLS с помощью принтера Raise3D RMS220. Мы поговорили с Нилсом из LutraCAD, который стоял за этим переходом, и попросили его разложить всё по полочкам: что, зачем и почему.
Три способа сделать стельку
Прежде чем переходить к опыту LutraCAD, стоит коротко разобраться, из чего вообще выбирают современные ортопедические лаборатории.
Фрезеровка - самый возрастной метод из трёх. Плюс у него, по сути, один: технология отработана десятилетиями и даёт предсказуемый результат. Минусов заметно больше - это и упомянутые 80% отходов материала, и пыль в помещении, и то, что оператору нужно буквально стоять рядом со станком: вынуть заготовку, убрать лишнее, отшлифовать, покрыть, довести до товарного вида. На каждом этапе - ручной труд квалифицированного специалиста.
Процесс фрезерования
FDM/FFF-печать стала для многих лабораторий первым шагом в сторону аддитивных технологий: порог входа низкий, разобраться просто, а стоимость оборудования не заставляет глаза лезть на лоб. Но у метода есть свой потолок: принтер требует присутствия оператора каждые два-три часа, стенки изделия нельзя сделать слишком тонкими, а качество финишной поверхности заметно уступает более продвинутым технологиям.
Процесс FDM-печати
SLS-печать (селективное лазерное спекание) - следующая ступень. Лазер послойно спекает порошок материала, формируя изделие без необходимости в поддержках и с гораздо более тонкими стенками, чем позволяет FDM/FFF. Именно к этой технологии в итоге и пришла LutraCAD.
Технология SLS-печати
Как это выглядит на практике
«Начинали мы с FDM-печати, - рассказывает Нилс, - но стоило один раз попробовать SLS, и стало понятно: качество финишной поверхности изделия несравнимо выше, стенки можно делать значительно тоньше, да и сам материал ведёт себя лучше». По его словам, разница ощущается сразу по нескольким направлениям одновременно - не приходится жертвовать одним параметром ради другого.
Сравнение изделий, напечатанных на SLS и FDM-принтерах
Отдельно Нилс выделяет производительность. Переход на Raise3D RMS220 позволил компании печатать до 25 качественных пар стелек за один цикл - против FDM-принтера, к которому нужно было подходить каждые два-три часа, чтобы проконтролировать процесс. SLS-печать, наоборот, можно запустить вечером и уйти домой: к утру весь тираж уже готов, и обходится это в весьма скромную сумму на пару.
Стелька, напечатанная на Raise 3D RMS220
Пара слов о самом принтере
Для SLS-печати в LutraCAD используется Raise3D RMS220 - промышленный SLS-принтер с рабочей камерой 220 × 220 × 350 мм (17 литров), оснащённый 75-ваттным волоконным лазером и системой сканирования со скоростью до 30 000 мм/с. Скорость печати достигает 2,2 литра в час, а суммарная производительность - до 5 кг готовых изделий в сутки. Минимальная толщина тонкой стенки в специальном режиме - всего 0,5 мм, что как раз и объясняет, почему стельки из-под такого принтера получаются настолько тонкими и аккуратными по сравнению с фрезерованными или FDM-печатными аналогами. Производитель принтера отдельно упоминает индивидуальные ортопедические стельки как одно из типовых применений устройства.
Принтер Raise 3D RMS220
Сам по себе принтер - лишь часть экосистемы, которую Raise3D называет «RMS220 Solution». К нему можно докупить станцию очистки C220-P, которая берёт на себя отделение готовых изделий от порошка, его сбор и подготовку к повторному использованию: на один цикл печати уходит всего 20-45 минут ручного труда, а один оператор способен обработать больше 50 кг деталей за смену. А для финишной обработки существует отдельная пескоструйная станция B520 - она сдувает остатки несплавленного порошка с готовых изделий и, с дополнительным модулем полировки, может доводить поверхность до товарного вида уже без участия человека. Смена одного порошкового материала на другой в самом принтере при этом занимает около 45 минут - втрое быстрее, чем в традиционных SLS-системах, а RFID-метки на картриджах с материалом помогают не путать составы между собой.
Система для 3Д печати Raise3D RMS220 + Пескоструйное устройство B520
Экономия по сравнению с фрезеровкой
Ещё нагляднее разница видна, если сравнить трудозатраты напрямую. При фрезеровании оператору нужно находиться у станка буквально каждые 20 минут: вынуть заготовку, убрать лишний материал, отшлифовать, покрыть защитным слоем и довести до товарного вида. На каждом из этих этапов, по сути, требуется квалифицированный специалист, который умеет доводить изделие руками - и чем больше объём заказов, тем больше таких специалистов нужно держать в штате.
С 3Д-принтером ситуация принципиально другая: с печатной платформы снимается уже практически готовое изделие. Остаётся только нанести покрытие, и стелька готова к выдаче. За счёт этого компания экономит в первую очередь на ручном труде: специалистов на финишную обработку требуется значительно меньше, чем при фрезеровке.
Материал: почему именно PA11
Из всего многообразия материалов, совместимых с SLS-принтером, в LutraCAD остановились на PA11 (полиамид/нейлон 11), который, по словам Нилса, успел стать негласным стандартом рынка для стелек.
Изделия из PA11
Материал ценят за сочетание гибкости и жёсткости: меняя толщину печати, можно в широких пределах регулировать, насколько стелька будет мягкой или, наоборот, жёсткой - то есть подстраивать одно и то же сырьё под самые разные клинические задачи. Плюс к этому у PA11 хорошее относительное удлинение при разрыв - важный параметр именно для изделий, которые постоянно испытывают циклическую нагрузку при ходьбе.
Итог
История перехода LutraCAD с FFF на SLS - хороший пример того, как выбор технологии производства перестаёт быть чисто техническим вопросом и напрямую превращается в конкурентное преимущество: меньше ручного труда, выше производительность за счёт ночных циклов печати и предсказуемое качество материала под конкретную клиническую задачу. Неудивительно, что всё больше ортопедических лабораторий присматриваются к такому же переходу.
