Günstige 3D-gedruckte Inhalatoren ermöglichen Millionen Zugang

Das Team von Coalesce Product Development generiert Dutzende Prototypen für jedes Medizinprodukt, um sicherzustellen, dass jede Designiteration strenge Standards erfüllt.

Laut WHO leiden schätzungsweise 262 Millionen Menschen weltweit an Asthma, eine Erkrankung, die jährlich fast 500.000 Todesfälle verursacht. Für Patienten mit Asthma oder COPD (chronisch obstruktive Lungenerkrankung) ist inhalierte Medikation essenziell, um Symptome zu managen und einen aktiven Lebensstil zu erhalten. Doch Zugang und Erschwinglichkeit bleiben signifikante Barrieren, besonders für Unversicherte und Menschen in einkommensschwachen Ländern. Studien in den Annals of the American Thoracic Society und dem Journal of Allergy and Clinical Immunology schätzen jährliche Kosten pro Person für Asthmabehandlung zwischen 1.800 $ und 4.900 $, inklusive Medikation, Arztbesuchen und indirekten Kosten wie Arbeitsausfall. Eine Health Costs Survey 2005 fand, dass 44 % der Asthmatiker Medikation oder Arztbesuche aus Kostengründen abbrachen.

Das UK-basierte Coalesce Product Development adressiert diese Herausforderungen durch Design innovativer Drug-Delivery-Devices – Inhalatoren und Injektoren –, die generische Inhalationsprodukte zu einem Bruchteil der Kosten von Markenalternativen liefern, die 380 $ pro Monat übersteigen können.

Inhalatoren müssen von einer breiten Demografie nutzbar sein – von Jugendlichen bis zu älteren Patienten mit Komorbiditäten. Präzise Dimensionierung, Ergonomie und User-Interface-Design sind daher kritisch. Um dies zu erreichen, nutzt das Coalesce-Team Inhouse-3D-Drucker zum Prototypen, Testen und Fertigen von Geräten in verschiedenen Formen und Größen. Sie erstellen auch Custom-3D-gedruckte Test-Rigs, Jigs und Fixtures, um jedes Produkt zu validieren.

Industrial Designer

Vinnay Chhabildas, Industrial Designer bei Coalesce, erklärt, wie 3D-Druck dem Team erlaubt, „Look-like“-Prototypen zu produzieren, Outsourcing zu reduzieren und Designiterationen zu beschleunigen, was letztlich in innovative Drug-Delivery-Devices mündet.

Investition in Formlabs für Medizinproduktefertigung

Draft Resin wird eingesetzt, um Fixtures vor dem Fräsen zu testen.

Coalesce kaufte erstmals 2015 den Form 2 Stereolithografie (SLA) Drucker. Damals basierte Prototypenentwicklung stark auf externen Vendoren, was Tage Verzögerung pro Teil verursachte. Mit dem Form 2 reduzierte das Team Outsourcing rasant, baute mehrere Form-2-Einheiten auf und verkürzte Lieferzeiten drastisch.

Der Form 2 ermöglichte das Design zentraler architektonischer Komponenten für mehrere Inhalator- und Autoinjektor-Geräte. Beispielsweise nutzte das Gehäuse des elektronischen Breath Profiling Device (BPD) White Resin für seine glatte Oberfläche, mechanische Festigkeit und Kompatibilität mit Messingeinsätzen.

Vinnay merkt an, dass „SLA ein exzellentes Gleichgewicht aus Auflösung, Oberflächenfinish, Haltbarkeit, Materialoptionen und Dimensionsgenauigkeit bietet. Da unsere Geräte bewegliche Teile enthalten, war Inhouse-Prototyping kleiner Mechanismen essenziell.“ Er fügte hinzu, dass der Form-2-Release ein Wendepunkt war: „Wir bestellten die erste Einheit sofort und legten binnen Wochen eine zweite nach.“

Anfängliche Prototypen fokussierten auf die Außengeometrie des BPD. Sobald das Design stabil war, wurden gedruckte Teile lackiert und auf der jährlichen Drug Delivery to the Lungs (DDL) Konferenz präsentiert, wo sie oft für Fertigprodukte gehalten wurden.

Nachfolgende klinische Studien mit denselben Prototypen zeigten signifikante Variation in uninstruierten Inhalationsprofilen, was die Wichtigkeit präzisen Gerätedesigns unterstrich.

Inhouse-Druck war dramatisch günstiger als Drittanbieter – ca. 20× weniger teuer. Für das BPD-Gehäuse kostete der Form 2 11 £ pro Teil versus ca. 250 £ bei Outsourcing. Neben Kosten war der Zeitvorteil entscheidend: In 8 Stunden gedruckte Teile konnten innerhalb von Tagen fertig und lackiert werden, während externe Auftragnehmer ein bis zwei Wochen benötigten.

Inhalator Gehäuse	Inhouse 3D-Druck	Outgesourcter 3D-Druck
Kosten	11 £	250 £
Lieferzeit	1–2 Tage	1–2 Wochen

White Resin ermöglicht auch präzises Gewindeeinsetzen für funktionales Testen.

Inhouse-3D-Druck mit Form 3 erweitern

Rapid Prototyping bleibt zentral für Coalesces Erfolg. Nach Aufbau einer robusten Form-2-Flotte fügte das Unternehmen drei Form-3-Drucker hinzu, um über oberflächennahe Prototypen hinaus vollständig funktionale Teile mit winzigen internen Features zu fertigen.

Die Low-Force-Stereolithografie (LFS) Technologie des Form 3 bietet unübertroffene Genauigkeit, sodass das Team feine Partikelverteilung in Trockenpulverformulierungen analysieren und präzise Drug Delivery sicherstellen kann.

Vinnay fasst zusammen: „Der Form 3 lässt uns feine Features und delicate Meshes drucken, und wir können on-the-fly iterieren, ein physisches Teil in wenigen Stunden produzieren. Die Eliminierung von Drittanbietern hat unseren Entwicklungszyklus beschleunigt.“ Er fügt hinzu, dass die Drucker nun nonstop, fünf Tage die Woche laufen und integraler Bestandteil von Tooling, Patiententrial-Mundstücken und internem Gerätetesting sind.

Warum Formlabs? „Keine andere Plattform matcht die Druckqualität, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit, auf die wir bei Formlabs vertrauen“, sagt Vinnay. „Seit dem Form 2 haben wir nicht gewechselt.“

Eine riesige Bibliothek an SLA-3D-Druckmaterialien

Coalesce nutzt ein breites Spektrum an Formlabs Harzen für diverse Fertigungsbedürfnisse.

Draft Resin beschleunigt Fixture-Erstellung – Druckzeiten von ca. einer Stunde ermöglichen schnelle Iteration und Test vor CNC-Fräsen.

High-Temp Resin produziert Tooling, das Hitzesiegelprozessen standhält; viele Inhalatorkomponenten können nicht gefräst werden, was 3D-gedruckte Custom-Tools unverzichtbar macht.

Rigid Resin ist ideal für kleine, komplexe Features, die unter Luftstromkräften Dimensionsstabilität bewahren müssen.

Grey Pro Resin, mit überlegener Verschleißfestigkeit, wird für Zahnräder und andere Hochreibungs-Komponenten genutzt.

Standard Resins – White und Black – dienen ästhetischen Zwecken. White Resins lackierfertiges Finish wird für Außengehäuse und polierte Präsentationsmodelle vor Produktionsfreigabe verwendet.

BioMed Clear Resin ermöglicht Produktion von Mundstücken für Human-Factor-Tests. Druck dieser Komponenten in biokompatiblem, hautverträglichem Harz eliminiert Spritzgusskosten.

Elastic 50A Resin, im Chemielabor genutzt, erstellt silikonartige Adapter, die zuverlässig gegen Patientenmundstücke bei Lungen-Simulationstests abdichten.

Clear Resin dient als Vergussmaterial; seine Transluzenz erlaubt Ingenieuren, interne Baugruppen zu inspizieren und Komponentenintegration zu verifizieren.

3D-Drucks Einfluss auf Medizinprodukteentwicklung

Der atemaktivierte Inhalator (BAI) baut auf dem Press-and-Breathe-Konzept auf, bietet aber ein einfacheres Open-Inhale-Close-Interface. Die vormessige Trockenpulver-Inhalator (DPI) Plattform unterstützt multiple Formulierungen mit klarem Dosiszähler.

Der Einsatz von Inhouse-3D-Druck liefert substantial Value: Er reduziert Outsourcing, beschleunigt Designiteration und produziert essenzielles Tooling – eliminiert die Notwendigkeit für Spritzguss.

Mit Formlabs Druckern verkürzte Coalesce Lieferzeiten für Gerätegehäuse um 80–90 % und senkte Kosten um 96 %. Diese Effizienzen befähigen das Unternehmen, Geräte für Kunden zu entwickeln und proprietäre Technologie für Out-Licensing an globale Pharma-Partner zu schaffen – bei moderatem Kapitaleinsatz.

Kurz gesagt, Vinnay fasst zusammen: „Für Coalesce sind Formlabs 3D-Drucker vital.“

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