CC BY
1УДК 616-7-049.32:004.356.2
РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ РЕМОНТА МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ С ПОМОЩЬЮ 3Б-ПРИНТЕРА
Гаврилов В.И., студент, направление подготовки 12.03.04 Биотехнические системы и технологии, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: ggvri@bk.ru
Научный руководитель: Дудко А.В., кандидат педагогических наук, доцент кафедры медико-биологической техники, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: dudko111111@mail.ru
Аннотация. В настоящее время происходит активное развитие рынка 3D-принтеров. Его главная задача - перемещение акцента с технологии на определение уместных сфер применения. Одной из них может выступать область ремонта медико-биологической техники инженерными службами лечебно-профилактических учреждений и сервисных организаций. Для этого нами была разработана методика, позволяющая рассчитать целесообразность ремонта, выбрать материал печати и вид принтера, создать 3D-модель, осуществить непосредственное изготовление и произвести замену вышедшего из строя компонента. Также произвели замену переходника автоматического тонометра, тем самым апробировав методику.
Ключевые слова: 3D-печать, 3D-принтер, 3D-модель, ремонт, деталь, медико-биологическая техника.
DEVELOPMENT AND APPROBATION OF METHODS FOR THE REPAIR OF BIOMEDICAL EQUIPMENT USING A 3-D PRINTER
Gavrilov V.I., student, training direcion 12.03.04 Biotechnical systems and technologies, Orenburg State University, Orenburg e-mail: ggvri@bk.ru
Scientific adviser: Dudko A.V., Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Department of Biomedical Engineering, Orenburg State University, Orenburg e-mail: dudko111111@mail.ru
Abstract. Currently, there is an active development of the market for 3-D printers. Its main task is to shift the focus from technology to the definition of relevant applications. One of them may be the area of repair of medical and biological engineering by the engineering services of medical institutions and service organizations. To do this, we developed a technique that allows us to calculate the feasibility of repair, select the printing material and type ofprinter, create a 3-D model, directly manufacture and replace the failed component. Also replaced the component of the automatic tonometer, thereby testing the method.
Keywords: 3-D printing, 3-D printer, 3-D model, repair, part, medical and biological equipment.
Медико-биологическая техника - достаточно широкое понятие, которое включает в себя биологические, медицинские и инженерные науки. В основном, инновационные разработки, полученные в их совместной работе, применяются в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ). Медицина постоянно формирует запросы на новые виды техники для диагностики и лечения пациентов, а так же модернизацию уже существующей. Соответственно, аппаратура становится технически сложной и нуждается в своевременном ремонте.
Как показывает мировая практика, до 60% поломок медицинского оборудования происходит из-за неправильного технического обслуживания, что подтверждается статистикой [4]. Так же, основная
потеря времени ЛПУ заключается в ожидании закупок и поставок запасных частей, а уже потом на диагностике и фактическом ремонте. Следовательно, разработка методики ремонта медико-биологический техники с помощью 3D-печати позволит сократить материальные и временные затраты.
При расчете целесообразности применения методики необходимо учитывать стоимость оборудования в целом, а затем соотносить с ценой замены сломанной детали на новую. Экономические потери закладываются на уровне ЛПУ и не учитываются инженерными службами. Соотношение цен при закупке или печати укажет на выбор вида ремонта. Наличие 3D-принтера и материалов печати является обязательным условием.
ШАГ В НАУКУ
2, 2019
Эксплуатация медико-биологической техники предполагает использования её в определенных условиях, при которых она должна выдерживать химические виды обеззараживания, воздействия электрического тока, механического давления, различных излучений. Поэтому, на основе анализа источника [5], нами был определён материал для SD-печати - АБС - пластик. Он обладает высокими прочностными характеристиками (плотность 1,02 - 1,06 г/см3), широкими пределами рабочих температур (от -40 до +90 °С), стойкостью к влаге, кислотам, щелочам и нетоксичен в обычных условиях окружающей среды [1].
Метод печати и вид 3Б-принтера зависят друг от друга. Наибольшее распространение получили лазерная и струйная технологии, применяемые в следующих конструкциях: спекание лазером и послойное наплавление. Оборудование, использующее лазер, является дорогостоящим и требует большого количества расходного материала. Мы остановились на струной печати - послойной укладки полимера (FDM). Его суть в плавлении пластика, подаваемого от катушки через экструдер принтера, и формировании капли в сопле с последующим нанесением на движущуюся платформу. Материал постепенно охлаждается и застывает, формирую необходимую деталь с заданными ранее параметрами [3].
Исходя из вышеизложенных критериев, был выбран персональный 3-D принтер «Ender 3», использующий технологию FDM с АБС - пластиком. Он относится к персональному виду с низкой ценовой категорией и возможностью применения в небольшой отрасли. Проектировку 3D-модели целесообразно выполнять в бесплатных программных обеспечениях. Наиболее эргономичной и понятной на интуитивном уровне является «Fusion 360». Она позволяет выполнять проектирование, инженерный анализ и обеспечить производство детали [2].
Таким образом, нами определены следующие этапы разрабатываемой методики:
1. Внешний осмотр и определение вышедшей из строя детали медико-биологической техники;
2. Экономический расчёт целесообразности применения 3D-принтера для осуществления ремонта;
3. Построение 3D-модели сломанного изделия;
4. Выбор материала печати, исходя из особенностей сломанной части техники;
5. Послойное преобразование SD-модели и запуск печати на принтере;
6. Осуществление ремонта медико-биологической техники напечатанной деталью.
Примером реализации методики служит ремонт автоматического тонометра «Beurer BM47», произведенного в Германии. Наиболее частая поломка - это перелом переходника между манжетной трубкой и аппаратом, вследствие чего отсутствует автоматическая накачка воздуха. Запасного не предоставляется, а нового производитель не продает, поэтому было принято решение воспользоваться разрабатываемой методикой ремонта с помощью SD-принтера.
Первый этап. Внешний осмотр показал поперечный перелом переходника, часть которого осталась в отверстии накачки воздуха аппарата.
Второй этап. Стоимость нового аппарата «Beurer BM47» от 2000 руб. Универсальные переходники варьируются в цене от 300 руб. до 900 руб. и требуют индивидуальной обточки для тонометра «Beurer BM47». Исходя из размеров детали, можно предположить примерный расход пластика - 10 мг. АБС - пластик стоит 1300 руб. за катушку в 1 кг. Таким образом, себестоимость будущего изделия будет равна 13 руб., что подтверждает правильное направление реализации методики.
Третий этап. В программе «Fusion 360» было выполнено построение чертежа детали по соотнесению с реальным сломанным прототипом и преобразование в 3D-модель.
Четвертый этап. Материал для печати задан АБС-пластик, который обладает достаточной прочностью для эксплуатации в тонометре в пределах гарантийного срока после ремонта.
Пятый этап. Программой «Fusion 360» был создан файл с 3D-моделью и расширением *.stl, который совместим с программным обеспечением принтера «Ender 3». Печать длилась 28 минут ввиду выбора минимально возможного слоя печати в 0,1 см.
Шестой этап. Произведена замена сломанного переходника на новый, сделанный на 3D-принтере. Итоговая цена, с учётом выполненной работы и затрат на электроэнергию, составила 80 руб., что в 3 раза ниже покупной детали. Общий вид аппарата после ремонта представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Вид тонометра «Beurer BM47» с указанием напечатанной детали
Исходя из вышеизложенного, можно сделать выводы о целесообразности применения разрабатываемой методики ремонта медико-биологической техники и её экономической эффективности. Так
же в ходе работы было определено перспективное направление её использования в виде накопления цифровой базы 3D-моделей вышедших из строя частей различного оборудования.
Литература
1. Беседина К. С. Свойства изделий из АБС-пластика и полиамида, получаемых методом 3-D печати / К. С. Беседина, Н. А. Лавров, Д. А. Панфилов, В. В. Барсков // Известия Санкт-Петербургского технологического института (технологического университета). - 2018. - № 45 (71). - С. 60-63.
2. Долова А. А. Основы 3-D проектирования с применением САПР Autodesk Fusion 360 / А. А. Доло-ва, А. Ю. Константиниди, Д. О. Граоре // Политехнический молодежный журнал. - 2018. - № 10 (27). - С. 6.
3. Елистратова А. А. Технологии 3-D печати: преимущества и недостатки / А. А. Елистратова, И. С. Коршакевич, Д. В. Тихоненко // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. - 2015. - Т.1. -№ 11. - С. 557-559.
4. Инструменты LEAN для управления жизненным циклом медицинского оборудования [Электронный ресурс] / Группа компаний «Драйв». - Режим доступа: https://drivems.by/news/instrumenty-lean-dlya-upravleniya-zhiznennym-tsiklom-meditsinskogo-oborudovaniya (дата обращения 17.04.2019).
5. Лысыч М. Н. Материалы для 3D печати / М. Н. Лысыч, Р. А. Белинченко, А. А. Шкильный // Актуальные направления научных исследваний XXI века: теория и практика. - 2014. - Т.2. - № 4-3 (9-3). -С. 200-205.
