저비용 3D 프린트 흡입기로 수백만 명에게 합리적 접근성 제공

Coalesce Product Development 팀은 각 의료 기기마다 수십 개의 프로토타입을 생성하여 모든 설계 반복이 엄격한 기준을 충족하도록 합니다.

세계보건기구에 따르면 전 세계 약 2억 6,200만 명이 천식을 앓고 있으며, 매년 거의 50만 명이 이로 인해 사망합니다. 천식이나 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 환자에게 흡입 약물은 증상 관리와 활동적 라이프스타일 유지에 필수적입니다. 하지만 접근성과 경제성은 특히 무보험자와 저소득 국가에서 여전히 큰 장벽입니다. Annals of the American Thoracic Society와 Journal of Allergy and Clinical Immunology에 발표된 연구에 따르면 천식 치료 연간 비용이 1인당 $1,800~$4,900로 약물, 의사 방문, 근로 손실 시간 같은 간접 비용을 포함합니다. 2005년 건강 비용 조사에 따르면 천식 환자의 44%가 비용 절약을 위해 약물이나 의사 방문을 중단했습니다.

영국 기반 Coalesce Product Development는 브랜드 제품 대비 훨씬 저렴한 비용으로 제네릭 흡입 제품을 전달하는 혁신적인 약물 전달 기기(흡입기, 주사기 포함)를 설계하여 이 문제들에 도전합니다. 브랜드 대안은 월 $380를 초과할 수 있습니다.

흡입기는 청소년부터 동반 질환이 있는 노인 환자까지 광범위한 인구통계가 사용 가능해야 합니다. 정확한 크기, 인체공학, 사용자 인터페이스 디자인이 따라서 필수적입니다. 이를 위해 Coalesce 팀은 내부 3D 프린터로 다양한 형태와 크기의 기기를 프로토타이핑, 테스트, 제작합니다. 또한 각 제품의 성능을 검증하기 위해 맞춤형 3D 프린트 테스트 리그, 지그, 픽스처를 만듭니다.

산업 디자이너

Coalesce 산업 디자이너 Vinnay Chhabildas는 3D 프린팅이 팀이 "룩-라이크" 프로토타입을 제작하고, 아웃소싱을 줄이며, 설계 반복을 가속화하여 혁신적인 약물 전달 기기를 탄생시키는 방식을 설명합니다.

Formlabs로 의료 기기 제조 투자

Draft Resin으로 가공 전 픽스처를 테스트합니다.

Coalesce는 2015년 Form 2 스테레올리소그래피(SLA) 프린터를 처음 구매했습니다. 당시 프로토타입 개발은 외부 벤더에 크게 의존하여 부품당 며칠의 지연이 발생했습니다. Form 2로 팀은 아웃소싱을 급격히 줄이고, 여러 Form 2 장비를 구축하여 리드 타임을 단축했습니다.

Form 2는 여러 흡입기와 자동 주사기 장치의 핵심 아키텍처 구성요소 설계에 기여했습니다. 예를 들어 전자식 호흡 프로파일링 장치(BPD) 케이스워크는 매끄러운 마감, 기계적 강도, 황동 인서트 호환성으로 White Resin을 사용했습니다.

Vinnay는 "SLA는 해상도, 표면 마감, 내구성, 소재 옵션, 치수 정확성의 훌륭한 균형을 제공합니다. 우리 장치에 움직이는 부품이 포함되어 있어 소형 메커니즘의 내부 프로토타이핑이 필수적이었습니다."라고 말합니다. Form 2 출시는 전환점이었습니다: "첫 장비를 즉시 주문하고 몇 주 내에 두 번째를 추가했습니다."

초기 프로토타입은 BPD 외부 지오메트리에 집중했습니다. 설계가 안정화되자 프린트된 부품을 도색하여 연례 Drug Delivery to the Lungs(DDL) 컨퍼런스에서 선보였고, 종종 완제품으로 오인되었습니다.

동일한 프로토타입으로 진행된 후속 임상 연구에서 비지도 흡입 프로파일의 유의미한 변이가 드러나 정확한 장치 설계의 중요성을 강조했습니다.

내부 프린팅은 서드파티 벤더 대비 극적으로 저렴했습니다. 약 20배 저렴했습니다. BPD 케이스워크의 경우 Form 2는 부품당 £11인 반면 아웃소싱 시 약 £250였습니다. 비용 외에도 시간 이점이 결정적이었습니다: 8시간 만에 프린트된 부품을 며칠 내에 마감 및 도색 가능했지만, 외부 계약자는 1~2주가 소요되었습니다.

White Resin은 정밀한 나사산 삽입도 가능하게 하여 기능 테스트를 지원합니다.

Form 3로 내부 3D 프린팅 확장

급속 프로토타이핑은 Coalesce 성공의 핵심입니다. 견고한 Form 2 함대를 구축한 후, 회사는 표면 수준 프로토타입을 넘어 미세한 내부 기능을 갖춘 완전 기능성 부품으로 나아가기 위해 Form 3 프린터 3대를 추가했습니다.

Form 3의 저력 스테레올리소그래피(LFS) 기술은 비교할 수 없는 정확성을 제공하여 팀이 건조 분말 제형의 미세 입자 분포를 분석하고 정확한 약물 전달을 보장할 수 있게 합니다.

Vinnay는 "Form 3로 미세한 특징과 섬세한 메시를 프린트하고, 몇 시간 만에 물리적 부품을 생산하며 즉석에서 반복할 수 있습니다. 서드파티 공급업체 제거로 개발 사이클이 가속화되었습니다."라고 요약합니다. 프린터가 이제 주 5일 논스톱으로 가동되며 툴링, 환자 시험용 마우스피스, 내부 장치 테스트에 필수적이라고 덧붙입니다.

왜 Formlabs인가? "우리가 Formlabs와 함께 의존하게 된 프린트 품질, 신뢰성, 사용 편의성에 부합하는 다른 플랫폼은 없습니다."라고 Vinnay는 말합니다. "Form 2 이후로 전환한 적이 없습니다."

광범위한 SLA 3D 프린팅 소재 라이브러리

Coalesce는 다양한 제조 니즈를 충족하기 위해 Formlabs 레진의 폭넓은 스펙트럼을 활용합니다.

• Draft Resin으로 픽스처 생성 가속화 – 약 1시간 프린트 시간으로 CNC 가공 전 빠른 반복과 테스트 가능
• High-Temp Resin으로 열밀봉 공정을 견디는 툴링 제작 – 많은 흡입기 구성요소는 가공 불가능해 3D 프린트 맞춤 툴이 필수
• Rigid Resin으로 기류 힘 하에서 치수 충실도를 유지해야 하는 작고 복잡한 특징에 이상적
• Grey Pro Resin으로 우수한 내마모성으로 기어 등 고마찰 구성요소에 사용
• 표준 레진(White, Black)으로 심미적 목적 – White Resin의 도색 준비 마감으로 외부 케이스워크와 생산 승인 전 프레젠테이션 모델에 사용
• BioMed Clear Resin으로 인간 요소 테스트용 마우스피스 제작 – 생체적합성, 피부 안전 레진으로 프린트하여 사출 성형 비용 제거
• Elastic 50A Resin으로 화학 실험실에서 실리콘 같은 어댑터 제작 – 폐 시뮬레이션 테스트 중 환자 마우스피스에 안정적으로 밀봉
• Clear Resin으로 포팅 재료 – 반투명도로 내부 어셈블리 검사 및 구성요소 통합 검증 가능

3D 프린팅이 의료 기기 개발에 미치는 영향

호흡 작동 흡입기(BAI)는 누르고-들이마시기 개념을 기반으로 하지만 더 단순한 열기-들이마시기-닫기 인터페이스를 제공합니다. 사전 계량 건조 분말 흡입기(DPI) 플랫폼은 명확한 용량 카운터로 다중 제형을 지원합니다.

내부 3D 프린팅 배포는 상당한 가치를 제공합니다: 아웃소싱 감소, 설계 반복 가속화, 필수 툴링 제작 – 사출 성형 필요성 제거.

Formlabs 프린터로 Coalesce는 장치 케이스워크 리드 타임을 80~90% 단축하고 비용을 96% 절감했습니다. 이 효율성으로 회사는 고객을 위한 장치 개발과 글로벌 제약 파트너에게 아웃라이선싱할 독자 기술 개발을 겸손한 자본 투자로 모두 수행할 수 있습니다.

요약하자면 Vinnay는 "Coalesce에게 Formlabs 3D 프린터는 필수적입니다."라고 말합니다.

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