In tutto il mondo nel 2017 oltre 50 milioni di persone vivevano con uno o più arti amputati per cause traumatiche[1]. Per i pazienti che si stanno riprendendo da un’emergenza medica, l’ingresso nel nuovo mondo delle protesi può essere doloroso. In tanti vogliono tornare alla vita normale: guidare un’auto, allenarsi in palestra, pulire casa. Ma la maggior parte degli arti protesici tradizionali sono rozzi, costosi e fragili.
L’azienda PSYONIC, creatrice di Ability Hand, sta cercando di rivoluzionare il mercato. Ability Hand è progettata e prodotta in-house con metodi di produzione ibridi, tra cui stampa 3D, stampaggio a iniezione e silicone e macchine CNC, e promette ai pazienti di riavere la mobilità – e la vita – precedente al trauma.
La necessità di una soluzione migliore per gli arti superiori
L’attuale mercato degli arti artificiali è antiquato, con ancora l’utilizzo, talvolta, di uncini per le funzionalità di base. Nonostante i rapidi progressi compiuti negli anni in altri importanti campi medici, le protesi rimangono bloccate nel passato.
Aadeel Akhtar, PhD, CEO di PSYONIC, ha raccontato: “creare protesi migliori a costi accessibiliè qualcosa che volevo fare da tutta la vita, da quando avevo sette anni. I miei genitori vengono dal Pakistan ed ero in visita nel Paese quando per la prima volta ho incontrato qualcuno con una differenza di arto. Aveva la mia età, le mancava la gamba destra e usava un ramo di un albero come stampella. Ed è questo che mi ha spinto a voler entrare in questo campo e costruire i dispositivi bionici più avanzati e renderli accessibili a tutti”.
Ma immettere sul mercato un nuovo prodotto protesico che definisca un nuovo standard per il settore non è stato un compito facile. “Negli ultimi sette anni, abbiamo esaminato nove diversi prototipi di Ability Hand, che ora è disponibile a livello nazionale negli Stati Uniti, registrata presso la FDA e coperta da Medicare”, ha aggiunto Akhtar.
Che aspetto ha la moderna produzione ibrida
Sempre di più, sia le grandi che le piccole aziende si rivolgono alla stampa 3D in-house per avere un aiuto nella creazione di prototipi e portare nuovi prodotti sul mercato. Nei contesti con alti costi iniziali di ricerca e sviluppo, come la produzione di dispositivi medici, la stampa 3D è diventata uno strumento vitale nella cassetta degli attrezzi del team di ingegneri.
Una protesi veramente di nuova generazione deve essere veloce per rispondere agli input dell’utente, robusta e durevole per non rompersi durante le attività quotidiane, leggera per non affaticare l’utente e causare crampi al braccio e fornire un feedback sensoriale reale.
La stampa 3D è onnipresente nella prototipazione e nello sviluppo di prodotti da decenni. Ora questa tecnologia in fase di maturazione, in particolare la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e la stampa stereolitografica (SLA), è sempre più diffusa anche nella produzione. Sono inoltre disponibili sempre più materiali che permettono sia di stampare parti destinate all’uso finale sia di utilizzare la stampa 3D nella ‘produzione ibrida’ come processo intermedio accanto ai processi convenzionali, ad esempio nella produzione rapida di attrezzature e nell’aiuto alla produzione.
Stampi in fibra di carbonio in-house
La fibra di carbonio è un materiale potente con cui costruire, poiché aumenta la durata e la rigidità complessive dell’Ability Hand riducendone il peso. Tuttavia, gli stampi tradizionali sono costosi, rendendo proibitivo iterare e creare il giusto numero di stampi per la produzione in piccoli lotti. Ma oggi le aziende non devono scegliere tra la produzione additiva e le tradizionali macchine a controllo numerico, possono semplicemente fare entrambe le cose.
James Austin, lead Mechanical Engineer presso PSYONIC, ha affermato“nelle prime iterazioni dello stampo in fibra di carbonio, la stampa 3D SLA è stata in realtà piuttosto importante. Non avevamo le risorse per produrre stampi per la fibra di carbonio, ad esempio mediante lavorazione a macchina. Quindi quello che abbiamo fatto è stato produrre stampi usando la High Temp Resin di Formlabs, che era fragile, ma resistente al calore, il che ci ha permesso di premere i fogli di fibra di carbonio nella forma esatta che volevamo, metterli in un forno ad alta temperatura per farli indurire e quindi farli aderire alla nostra mano”.
Attrezzature rapide per lo stampaggio a iniezione e in silicone
Integrare lo stampaggio a iniezione a breve termine nel processo di sviluppo di dispositivi medici può essere un vantaggio per molti team di ingegneri. Quando si inizia a creare un nuovo prodotto, la produzione di lotti più piccoli di parti per uso finale utilizzando la produzione rapida di attrezzature è un modo efficace e accessibile per colmare il divario tra la prototipazione e la produzione di massa con metodi più costosi. Il team PSYONIC ha iniziato stampando in 3D ogni parte della Ability Hand, comprese le dita, al fine di ridurre i costi. Ha però rapidamente scoperto la necessità di modellare dita più robuste ed è quindi passato allo stampaggio in 3D degli stampi piuttosto che direttamente delle dita.
Integrare il feedback dei clienti nella prototipazione rapida
Per qualsiasi nuovo dispositivo, la prototipazione rapida è un aspetto fondamentale durante il processo di sviluppo. Per i dispositivi medici, assume un’importanza ancora maggiore per il ruolo del feedback dei pazienti che ne saranno i finali utilizzatori. Le aziende di dispositivi medici spesso passano attraverso centinaia di prototipi di una singola parte prima di essere pronte per i test sul campo, per non parlare di dover essere abbastanza rigorose da superare gli ostacoli normativi e clinici. Anche il team PSYONIC ha dovuto fare i conti con questo aspetto nella realizzazione dell’Ability Hand. Austin ha raccontato che in diverse occasioni è capitato che il paziente rompesse qualcosa in un modo a cui il team non aveva pensato, ma allo stesso tempo la prototipazione rapida gli ha permesso di porvi rimedio rapidamente, creando un nuovo prototipo, eseguendo dei test e inserendolo in una nuova versione della mano nell’arco di una o due settimane.
Stampare in 3D parti per uso finale
Con i recenti progressi nei materiali di stampa 3D, le parti che escono subito dalla stampante sono spesso adatte per i modelli rivolti ai clienti o persino per le stesse parti finali, riducendo la necessità di costosi strumenti tradizionali e riducendo notevolmente i tempi di sviluppo.
Stampando con la Tough 1500 Resin di Formlabs, Austin ha trovato un materiale che eccelle nella creazione di numerose parti di uso finale sulla Ability Hand.
“Sebbene parte della stampa 3D che facciamo con la tecnologia SLA sia principalmente per i prototipi, molta è per i prodotti di uso finale. Ciò è particolarmente vero per la Tough 1500 Resin, che è ancora superiore a qualsiasi altro articolo stampato in 3D che potremmo realizzare a quel livello di risoluzione e molto più efficiente dal punto di vista economico rispetto allo stampaggio a iniezione. Per i nostri scopi, alla scala che produciamo e le esigenze fisiche che abbiamo per le parti in termini di resistenza, risoluzione, proprietà fisiche, resistenza termica, resistenza agli urti, la Tough 1500 Resin è onestamente la cosa migliore che abbiamo trovato e continuiamo a usarla in tutti i nostri dispositivi commerciali”, ci ha detto Austin.
Nel futuro prossimo, PSYONIC ha in programma di scalare e portare il proprio prodotto agli utenti di tutto il mondo. Per ora, la crescita è focalizzata sul mercato nordamericano, con la produzione di Ability Hand destinata ad aumentare alla fine del 2022.