Wie 3D-Druck den COVID-19-Schutz verbessert

Im Rahmen ihrer fortwährenden Bemühungen, die Gesundheitsfürsorge persönlicher zu gestalten, richtet die Veterans Health Administration (VHA) ihre Aufmerksamkeit auf den 3D-Druck.

Anfang des Monats gab die VHA eine neue Partnerschaft mit 3D Systems bekannt. Das Unternehmen, das 3D-Drucker entwickelt, herstellt und verkauft, wird der VHA dabei helfen, ihre internen 3D-Druckkapazitäten auszubauen. Laut der Pressemitteilung wird das Unternehmen Maschinen und Software anbieten, bei der Installation eines Qualitätsmanagementsystems helfen und VHA-Mitarbeiter darin schulen, konforme Hersteller medizinischer Geräte zu werden. 

„Beim Point-of-Care-3D-Druck geht es darum, in die Behandlungsergebnisse der Patienten zu investieren – die Mittel zu schaffen, um patientengerechte Lösungen zu entwickeln, die es auf dem freien Markt nicht gibt“, sagt Beth Ripley, nationale Direktorin des VHA Printing Network, in einer E-Mail an Health Life Guide. „Durch die Investition in den Point-of-Care-3D-Druck stellt VHA sicher, dass Veteranen als erste modernste 3D-Drucklösungen erhalten.“

Seit der Gründung im Jahr 2017 haben Ripley und ihr Team beim 3D Printing Network Konzepte entwickelt, mit denen 3D-Druck die medizinische Versorgung verbessern kann. Dazu gehört alles von der Entwicklung personalisierter Prothesen bis hin zur Erstellung von Organmodellen, die Chirurgen bei der Vorbereitung auf eine Operation helfen. Mittlerweile gibt es mehr als 30 Krankenhäuser, die über 3D-Druckkapazitäten verfügen, und das Programm arbeitet daran, diese auf alle medizinischen Zentren des VHA auszuweiten.

Zu Beginn der COVID-19-Pandemie erweiterte sich der Fokus auf die Herstellung von Gesichtsmasken, Schutzschilden und anderer persönlicher Schutzausrüstung (PSA). Um 3D-Hersteller im ganzen Land zu unterstützen, vereinbarten die VHA, die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) und die National Institutes of Health (NIH) eine Zusammenarbeit. Zusammen mit America Makes – einem privaten 3D-Druckunternehmen – arbeiten die Behörden zusammen, um die Vorräte an Schutzausrüstung und anderen notwendigen Geräten aufzustocken, sie auf Sicherheit und Wirksamkeit zu testen und sie durch das FDA-Überprüfungsverfahren zu 

Reaktion auf COVID-19

Im März, als sich die COVID-19-Pandemie auszubreiten begann, gab es einen Ansturm auf die Herstellung und Verteilung wirksamer persönlicher Schutzausrüstung und lebensrettender medizinischer Geräte. John Wilczynski, Geschäftsführer von America Makes, erzählt Health Life Guide, dass zu dieser Zeit die 3D-Druck-Fertigungsgemeinschaft im Allgemeinen den Wunsch geäußert habe, diese Bemühungen zu unterstützen. Menschen überall – von denen, die kleine, kollaborative Arbeitsbereiche mit nur ein paar Maschinen betreiben, bis hin zu Großherstellern – benötigten Anleitungen zur Herstellung wirksamer Produkte.

„Anfangs gab es einige Fehlinformationen darüber, was benötigt wurde, was gemacht werden sollte, welche Designs gut und welche schlecht waren“, sagt Wilczynski. „Die Zusammenarbeit aller unserer Agenturen hat dazu beigetragen, ein gewisses Vertrauen innerhalb der Community aufzubauen.“

Da im Internet Tausende von Designs verfügbar sind, kann es schwierig sein, herauszufinden, welche davon den Herstellern die Herstellung wirksamer und für den Einsatz insbesondere im medizinischen Bereich zugelassener Produkte ermöglichen.

Über den NIH 3D Print Exchange – ein digitales Archiv für Baupläne – können 3D-druckerkompatible Produktdesigns eingereicht werden. Gemäß der Vereinbarung der Behörden prüft die VHA die Designs dann auf ihre Wirksamkeit und empfiehlt sie für die Herstellung.

Bisher wurden mehr als 600 Designs beim 3D Print Exchange eingereicht, wobei 57 dieser Designs nach Tests und Validierung bereits für den klinischen oder gemeinschaftlichen Einsatz vorgesehen sind. „Seit Bekanntgabe der Partnerschaft gab es über 740.000 Einzelbesucher auf der Website“, sagt Ripley.

Durch den Zugriff auf diese Designs können Hersteller sicher sein, dass ihre Produkte in medizinischen Umgebungen eingesetzt werden können, statt Produkte zu entwickeln, die bei der Lieferung zurückgewiesen werden.

„Ein großer Fortschritt war meiner Meinung nach für alle, dass wir eine Beziehung zum VA aufgebaut haben, das die Designs auswertete, überprüfte und sie als ‚okay‘ für den Einsatz in Gemeinschaftseinrichtungen und ‚okay‘ für den Einsatz in klinischen Einrichtungen klassifizierte“, sagt Wilczynski. „Das ermöglichte es all diesen Standorten, die nicht unbedingt eine direkte Verbindung zu diesen Behörden hatten, die Informationen zu erhalten, die sie brauchten, um die richtige Entscheidung zu treffen.“

Warum 3D-Druck?

Während der COVID-19-Pandemie waren die Reaktionsstrategien in den USA von Region zu Region unterschiedlich. Da es im ganzen Land 3D-Druckhersteller aller Größen gibt, können diese möglicherweise besser auf die Bedürfnisse jeder Gemeinde eingehen und auf bestimmte Krisen effektiver reagieren als andere Fertigungsmodelle. Insbesondere in Krisenzeiten kann die 3D-Druck-Community flexibel genug sein, um bestimmte Bedürfnisse zu erfüllen, bis konventionellere Hersteller aufgeholt haben.

„Der wichtigste Grund, warum sich der 3D-Druck für die Krisenbewältigung gut eignet, ist seine Fähigkeit, die Fertigung weit zu verteilen“, sagt Wilczynski. „Es ist eine Technologie, die sich ziemlich schnell verbreiten lässt. Solange man also digitale Daten an die Maschine übermitteln kann, kann man mit der Teileproduktion beginnen. Das ist zwar eine Vereinfachung, aber im Prinzip stimmt es.“

In vielen großen Fertigungsbetrieben kann es Wochen oder Monate dauern, bis die richtigen Werkzeuge für die Herstellung und Montage von Produkten hergestellt sind. Mit dem 3D-Druck kann das Design viel schneller geändert und Prototypen in wenigen Stunden oder Tagen erstellt werden.

„Wir sind zwar der Meinung, dass 3D-Druck nicht die beste Methode für die Produktion im großen Maßstab ist, wenn ein Design erst einmal getestet und genehmigt wurde, aber es ist das richtige Werkzeug, um ein Design schnell zu testen und zu iterieren“, sagt Ripley. „Ich denke, dass in Zukunft bei VHA viel mehr Fokus auf Gerätedesign und -entwicklung mit 3D-Druck gelegt werden wird.“

Vorbereitung auf die Zukunft

Obwohl die Kapazität jedes 3D-Druckers relativ gering ist, ist die Anzahl der Drucker in den USA laut Ripley beeindruckend groß. Wenn eine Notsituation eintritt, könnte es äußerst nützlich sein, diese Drucker für eine schnelle und flexible Reaktion zu nutzen.

„Wir sind sehr daran interessiert zu verstehen, was dies für zukünftige Krisen bedeutet“, sagt Wilczynski. „Wir wissen nur, dass es mehr davon geben wird – ob es sich nun um einen Waldbrand, einen Hurrikan, eine Pandemie, einen Zusammenbruch der nationalen Sicherheit oder einen Zusammenbruch der Infrastruktur handelt, es wird wieder passieren. Wie können wir die Fertigungsbranche so aufstellen, dass sie gut reagieren kann?“

Eine mögliche Lösung besteht darin, 3D-Druckhersteller im ganzen Land dabei zu unterstützen, zuverlässige Informationen zu finden, wenn ihre Hilfe benötigt wird. Zu diesem Zweck arbeitet das Konsortium daran, einen „digitalen Vorrat“ an 3D-Designplänen aufzubauen, wie America Makes es nennt. Diese Pläne können an jeden Hersteller mit dem richtigen Qualitätsmanagementsystem gesendet werden, um Geräte herzustellen, die Notfallteams tatsächlich benötigen.

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