コロナ禍の需要で盛り返す3Dプリント技術、その可能性を最大限に引き出すために必要なこと

ペンシルヴェニア州立大学国際関係学部の教授であるジョン・ガーシェンソンは2017年、仲間と共にケニア西部の都市キスムで3Dプリント会社Kijenziを立ち上げた。その目的は、ものづくりのプロセスを民主化することにある。特に辺境の地にあるコミュニティが国際的なサプライチェーンから取り残されている状況を見てきたガーシェンソンは、「必要なものを、必要なときに、必要とされる場所で」つくれる組織を立ち上げたかったのだという。
なかでも医療機器は「明らかな需要」のある領域だったことから、Kijenziはマラリアの検査で使う顕微鏡の交換用ネジを3Dプリンターで製造し始めた。ところが、新型コロナウイルスのパンデミック（世界的大流行）で同社の市場は文字通り一晩で変容したのだ。
「個人防護具（PPE）が必要になることは明らかでしたし、ケニアに流通してもそのすべてが首都ナイロビに行ってしまうことも確実でした」と、ガーシェンソンは振り返る。「Kijenziは最先端の設計を手に入れられる立場にありました。世界保健機関（WHO）が認めたあらゆる製品を扱っていたからです。そこで、パンデミックが起きたときには2週間で取り扱い商品を刷新し、フル稼働を始めました」
コロナ禍で活用された3Dプリント技術
こうした状況は世界中で起きていた。各地のロックダウンによりサプライチェーンに混乱が生じ、PPEの需要が供給量を大きく上回るなか、3DプリンターでつくられたPPEがその差を埋めたのだ。
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）が最初に拡大した中国の武漢では、各病院の近隣で1日最大2,000個のゴーグルを製造できる3Dプリンター200台が確保された。英国ではNational 3D Printing Societyが3Dプリンターを所有する個人や企業に対し、PPEをつくって地域に配布するよう呼びかけた。これにより20年4月からの2カ月間でフェイスシールド25万個がつくられたという。
ある意味、パンデミックは3Dプリントの市場拡大において、またとない環境をつくり出したとも言える。
調査会社のガートナーは12年、3Dプリントを「先進技術のハイプサイクルのピーク期にある」と位置づけていた。つまり、3Dプリント技術への期待が過剰な状態にあるということだ。当時、3Dプリントは個人が家庭でおもちゃや家庭用品などをつくるための技術と受け止められており、ガートナーは3Dプリントがニッチな市場から脱して成熟するまでに5年以上はかかると予測していたのである。
ところがガートナーは19年になると、先進国市場の医療機器の4分の1が23年までに3Dプリンターで製造されることになるという予測を出した。主に人工関節やインプラント、義肢などが“印刷”されるという予測だ。米国の法律事務所Reed Smithでライフサイエンス・ヘルス業界部門のパートナーを務めるマシュー・ジェイコブソンによると、パンデミック前まではこの予測通りだったという。
「3Dプリンターで製造した製品が医療機関に売られ、患者が使っていました。患者本人は、それが3Dプリンターでつくられたことを知らない場合が多いのです」と、ジェイコブソンは言う。「米国では、認証されている医療機器のうち150種以上が何らかのかたちで製造工程に3Dプリントを取り入れています。その多くが人工骨です。例えば膝の形は人それぞれ違うので、これまで医師は一人ひとりに合わせて人工骨をカスタマイズしていました。でも3Dプリント技術があれば、膝をスキャンしてその人にぴったり合った人工骨をつくれます」
3Dプリント技術は大規模な臨床研修病院でも取り入れられている。心臓などの臓器を3Dプリンターで作成し、実際の手術に移る前に繰り返し手技を練習するのだ。
3Dプリンターの弱点
これらの医療機器はいずれも既存のメーカーが製造し、従来と同じルートで供給されていた。つまり、製品が大規模な工場でプリントされ保管倉庫へ運ばれたのち、各医療機関に納められていたのだ。
しかし、それもパンデミックで大きく変わった。PPEはすぐに使えるよう現地でつくられるようになった。ほかにも、さらに迅速に製作されるようになったものがある。
例えば、上海を拠点に3Dプリントを手がけるWinSun（盈創建築科技）は、オーダーメイド式の隔離部屋の製造に乗り出した。コンクリート製の部屋は2時間で完成し、すぐにトラックでどこへでも運搬できる。またスペインのバルセロナでは、官民共同の事業体が救急医療用の人工呼吸器の製作を手がけ、製造開始から数日のうちに多くの医療機関で使われるようになった。
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しかし、COVID-19によって生まれた3Dプリントの活用方法は、感染拡大当初に期待されたほど医療機器市場に革命を起こしたとは言えないだろう。世界で感染が拡大し始めた当初、各地のロックダウンでサプライチェーンはたちまち寸断され、これによって生まれた一部の特殊な需要に3Dプリント技術が応えることとなった。ところが、サプライチェーンはまもなく復旧し、3D技術は需要と供給のギャップを埋める役割は果たしたものの、従来の製造工程を代替するには至らなかったとガーシェンソンは言う。
その理由のひとつとして、たとえ現地でのものづくりが可能になったとしても、大量の部品が必要な場合において3Dプリントは従来の製造方法より効率性の面で劣ることが挙げられる。例えば、National 3D Printing Societyは3DプリンターによるPPE製作の呼びかけを打ち切った際、呼びかけをしていた2カ月間で射出成形を手がける多くの企業が国内各地に製造拠点を準備できていたことを指摘する。
さらに、それらの企業がつくったフェイスシールドのほうが、3Dプリントでつくられたものよりも「格段に効率的かつ持続可能な製造方法で」生産されていたという。「射出成型はフェイスシールドをより多く生産できるだけでなく、製品の均質性や品質も向上させます」と同団体は説明する。
品質の問題は重要だ。病院という環境で使うものをつくるなら、なおさらだろう。実際にシンガポールの南洋理工大学の研究チームは20年8月、3Dプリンターで製作した医療機器の欠点を指摘する論文を発表している。論文は「生命および使う人のウェルビーイングを守ることが最優先事項」としたうえで、「3Dプリンターを使用する側が医療の専門家と共同で取り組み、人々の健康に不当なリスクを与えないようにすることが最も大切である」と強調している。
品質については、感染拡大が始まった当時も問題になったとガーシェンソンは指摘する。当初、趣味で3Dプリンターを使っていた人たちによって需要の多くが満たされていたからだ。そうした人たちが使う3Dプリンターや素材の質は低く、それゆえ製作物も医療分野の厳格な基準を満たさなかった。
「3Dプリンターの問題点は、何でもつくれるけれど、何でもつくっていいわけではない、という点です」と、ガーシェンソンは指摘する。「自宅に3Dプリンターがある人は、自分が必要とする素晴らしい品々をつくれてしまいますが、それを病院に納めていいかというと、そうではありません。必要なのは高品質なものなのです」
記憶が新しいうちにルールづくりを
ガートナーは19年にハイプサイクルを指摘した際、行政当局による各種規制が医療分野における3Dプリントの成長を阻む壁になると予測していた。そうしたなか、パンデミック初期に3Dプリンターによるものづくりが需要と供給のギャップを埋められた背景には、米食品医薬品局（FDA）のような規制当局によるルールの緩和があるとジェイコブソンは言う。
「FDAが緩和の必要性を認識し、ほかの規制当局もこぞって指針を出しました。『慎重にやってほしいが、ニーズがあるのも承知していますよ』という趣旨です」と、ジェイコブソンは説明する。「米国では責任も限定的にしました。COVID-19対応のための措置なら、あとで訴えられることにはならない、というのです。パンデミック以前なら、企業が製品の欠陥を知らなかった場合でも問題に発展すれば責任を問われました。そのようなことを、ずっと続けていくわけにはいかないのです」
特定の医療ニーズに応えるという理由で3Dプリント技術に関する規制が緩和された面はあるが、この技術の可能性を最大限に発揮するには新たなルールの制定が必要になるとガーシェンソンは考えている。しかし、こうした法整備のプロセスは短期間で進むものではなく、「おそらく10年かかる」と彼は言う。「技術の準備は出来ているにもかかわらず、法が妨げになってしまっています。法の整備はいつもあとから追いついてくるものですが、人々の記憶が新しいうちに実行すべきです」
現在も、パンデミックによる需要と供給の差を埋めるために3Dプリント技術は活用されている。21年5月、スコットランドにある3Dプリント企業Abergowerは、スコットランド開発公社が運営するスコットランド製造業アドヴァイザリー・サーヴィスとヘリオット・ワット大学の医療機器製造センターと提携し、新型コロナウイルス検査キットの製造プロジェクトを立ち上げた。このプロジェクトを通じて1日最大25,000個の新型コロナウイルス拭取り検査試薬キットを製造でき、国外から輸入される検査キットへの依存を減らす狙いがある。こうした対応が標準になっていく点は、パンデミックが3Dプリント業界にもたらした最大のプラス面だとガーシェンソンはみている。
「パンデミック以前は、3Dプリントの活用について説明しようとしても『何の話をしているんだ？』という反応をされました。しかし、パンデミックを経ていろいろな人が3DプリンターでPPEをつくるようになり、いまではお年寄りすら『3Dプリントを使って、地元でものづくりができるんですよね。よく知っていますよ』という具合になっています」
※『WIRED』による3Dプリントの関連記事はこちら。
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