L’app ha lo scopo di aiutare con la garanzia della qualità dei dispositivi medici stampati in 3D
La stampa 3D consente la produzione in lotti di dimensioni 1. Ciò significa che non esistono due prodotti uguali perché ogni parte è progettata individualmente per il cliente. Questo è interessante per la tecnologia medica, tra le altre cose. Gli allineatori, gli apparecchi acustici e persino gli impianti prodotti in modo additivo possono essere adattati perfettamente al corpo di un singolo paziente e possono comunque essere prodotti a buon mercato. La garanzia della qualità, tuttavia, è una sfida per le aziende. I prodotti medici personalizzati sono soggetti a severi requisiti di sicurezza. I produttorideve essere in grado di garantire che non vi siano crepe o pori invisibili nel componente e che siano raggiunti i requisiti geometrici e le proprietà del materiale desiderate. Scienziati di Hannover e Aachen stanno lavorando a una soluzione per supportare le piccole e medie imprese, in particolare con l’approvazione di dispositivi medici specifici per il paziente dalla stampante 3D : vogliono sviluppare un’app che aiuti con la garanzia della qualità.
Più la produzione è personalizzata, più difficile è l’assicurazione della qualità. Nel caso di merci prodotte in grandi serie, spesso è sufficiente eseguire test di qualità su pochi prodotti selezionati a caso per poter trarre conclusioni sull’intero lotto. Questo non è possibile con prodotti su misura. Ogni componente deve essere esaminato attentamente per garantire la qualità.
L’obiettivo di un nuovo progetto di ricerca che gli scienziati dell’Istituto per la produzione integrata di Hannover (IPH) gGmbH e il laboratorio di macchine utensili WZL dell’Università RWTH di Aquisgrana stanno portando avanti insieme è l’obiettivo di identificare possibili difetti nei prodotti di stampa 3D specifici del paziente durante la produzione. .
I ricercatori vogliono dotare una stampante 3D industriale di una tecnologia dei sensori per monitorare senza problemi il processo di stampa. I dati dei sensori vengono valutati in un’app con l’aiuto dell’intelligenza artificiale utilizzando un modello di qualità al fine di rilevare in modo affidabile gli errori di produzione. Gli scienziati dell’IPH e della WZL si concentrano principalmente sulla tecnologia medica, perché in questo settore il grado di individualizzazione dei prodotti e i requisiti di qualità associati sono particolarmente elevati e la prova di un sistema di garanzia della qualità deve essere fornita nel contesto dell’approvazione. L’IPH è responsabile della tecnologia dei sensori e della raccolta dei dati nel progetto di ricerca, la WZL è responsabile della creazione del modello di qualità e della programmazione dell’app.
La qualità nella stampa 3D è influenzata da molti fattori: il tipo di materiale utilizzato, la temperatura ambiente, la temperatura alla quale il filamento viene fuso, la velocità di stampa, le vibrazioni della testina di stampa e una serie di altri parametri. “I processi di produzione additiva sono molto sensibili alle influenze esterne”, afferma l’ingegnere di progetto Anne Rathje dell’IPH. “Il nostro obiettivo è ottenere maggiore sicurezza nel processo ed evitare errori”. È particolarmente complicato che molti errori non siano più visibili dall’esterno quando il componente è stato stampato. “Se, ad esempio, la testina di stampa si intasa brevemente nel frattempo e poi continua a stampare normalmente, non la vedrai più tardi”, afferma Rathje.
Per il progetto di ricerca, l’IPH utilizza la stampante industriale X500PRO della tedesca RepRap GmbH. La plastica acrilonitrile butadiene stirene ( ABS ) viene utilizzata come materiale di stampa , che ha una resistenza relativamente elevata ma è molto sensibile alla temperatura.
Gli scienziati desiderano utilizzare vari sensori per monitorare la qualità di stampa. Ad esempio, sensori che misurano la temperatura del pannello o della camera dell’edificio , sensori a infrarossi con cui è possibile determinare la temperatura direttamente sulla testina di stampa, sensori di vibrazione e tecnologia di misurazione ottica, che l’IPH ha già studiato nel progetto di ricerca Quali3D, sono concepibili.
I segnali acustici sono anche significativi per il monitoraggio della qualità, o per dirla semplicemente: registrazioni audio. Questo potrebbe essere utilizzato per determinare, ad esempio, se la testina di stampa si intasa o il filamento si rompe nel sistema. “Puoi sentirlo”, dice Anne Rathje. “La sfida, tuttavia, è elaborare i segnali in modo tale che il rumore ambientale venga filtrato” – ad esempio, il ronzio del motore nella stampante 3D, il rumore del computer o una porta sbattuta. Per distinguere tra rumori importanti e non importanti, i ricercatori vogliono utilizzare l’apprendimento automatico, una forma di intelligenza artificiale. Addestrando il programma con il maggior numero possibile di registrazioni audio, impara sempre meglio a rilevare in modo affidabile gli errori in base ai segnali acustici.
Infine, verrà sviluppata un’app che valuti automaticamente tutti i dati del sensore. “Il nostro obiettivo è ridurre lo sforzo necessario per garantire la qualità nella stampa 3D e consentire ai laici di monitorare la stampa utilizzando un’app intuitiva”, afferma Anna-Lena Knott della WZL. Gli utenti non devono interpretare i dati del sensore: l’app monitora l’intero processo di stampa, documenta gli errori e fornisce feedback sulla qualità di stampa. In caso di errori gravi che potrebbero rendere inutilizzabile il componente, l’app interrompe il processo di stampa e informa l’utente. Le impostazioni di stampa possono quindi essere modificate e, se necessario, è possibile chiamare personale specializzato.
Nel progetto di ricerca, IPH e WZL lavorano a stretto contatto con l’industria. Il comitato che accompagna il progetto comprende aziende manifatturiere di tecnologia medica e odontoiatrica e altri settori, nonché produttori di stampanti 3D.
