3D-Druck in der Medizintechnik Einfacher Einstieg in die additive Fertigung

Redakteur: Anne Richter

3D-Druck bietet auch der Medizintechnik grosse Entwicklungschancen, aber es gibt auch zahlreiche Hürden, um die Technologie einzusetzen. Für den einfachen Einstieg in die additive Fertigung unterstützt das Swiss m4m Center Kunden mit einer additiven Pilotproduktion unter ISO 13485.

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Vierzehn Einzelteile, für sieben medizinische Zangen, lassen sich in der Truprint 2000 von Trumpf in einem Arbeitsgang drucken. Die dafür notwendigen Stützen werden im Nachgang entfernt.
Vierzehn Einzelteile, für sieben medizinische Zangen, lassen sich in der Truprint 2000 von Trumpf in einem Arbeitsgang drucken. Die dafür notwendigen Stützen werden im Nachgang entfernt.
(Bild: Benedikt Schnermann/Trumpf)

Die additive Fertigung ist längst mehr als ein Hype: Prototypen, individualisierte und komplexe Produkte sowie Kleinserien werden zunehmend aus dem Pulver aufgebaut. Neben der Schnelligkeit überzeugt der 3D-Druck durch ein hohes Mass an Flexibilität und Fertigungsmöglichkeiten, die mit konventionellen Herstellungsmethoden gar nicht möglich sind. Auch im medizinisch-technischen Bereich ist der 3D-­Druck eine Chance, neue Produkte zu entwickeln und sie schnell auf den Markt zu bringen. Trotzdem zögern viele Produzenten der Branche noch, in die vielversprechende Technologie einzusteigen. Die Gründe sind zum einen die Investitionskosten für Maschinen, aber in erster Linie das umfassende Know-how, das zu deren effizienter Bedienung sowie zur technologiekonformen Teilekonstruktion notwendig ist. Diese Einstiegshürden können Kunden jetzt gemeinsam mit dem Swiss m4m Center angehen.

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3D-Druck: Wissen aufbauen – Vorbehalte abbauen

Das Swiss m4m Center ist ein additives Fertigungszentrum für medizinische Anwendungen und bündelt das gesamte Prozess-Know-how in einer validierten Umgebung – von der Unterstützung der Teilekonstruktion bis zur Pilotfertigung. Dabei versteht sich das Swiss m4m Center sowohl als Technologietransferzentrum als auch als Wissensvermittler: Projekte, Aufklärung, Schulungen sowie Weiterbildungsmöglichkeiten rund um das Thema additive Fertigung sollen Hemmschwellen abbauen. Dabei verlässt sich das Swiss m4m Center nicht nur auf seine eigene Expertise im 3D-Druck und der Medizintechnik. Innerhalb weniger Monate konnten 45 Partner von dieser Sache überzeugt werden. Sie kommen aus der Industrie und Wissenschaft und bilden alle Themenfelder ab, die es rund um den 3D-Druck für medizinisch-technische Geräte und Implantate gibt. Geschäftsführer Nicolas Bouduban erklärt: «Das Interesse an additiver Fertigung im medizinisch-technischen Bereich ist auch in der Schweiz gross. Aber eben auch der Respekt vor der Investition in eine weitgehend unbekannte Technologie. Beim 3D-Druck ist es nicht damit getan, irgendeine Maschine zu kaufen. Anwender müssen schon bei der Teilekonstruktion umdenken, sie müssen bereit sein, sich neues Prozesswissen anzueignen, und lernen, zu erkennen, welche Teile sich mittels 3D-Druck effizient fertigen lassen. Genau da setzen wir mit unserem Wissenstransfer an.» Das Swiss m4m Center führt Kunden nicht nur in alle Themenfelder des 3D-Drucks ein, das Team um Nicolas Bouduban bietet ausserdem komplette, individuell aufgesetzte Prozesse zur Herstellung von medizintechnischen Produkten mittels additiver Fertigung. «Diese Prozesse können wir mit unserem eigenen Know-how, aber eben auch mithilfe der Erfahrung unserer zahlreichen Partner schnell und zuverlässig entwickeln», erklärt Bouduban. «Der Kunde kauft neben der Maschine auch gleich das nötige Fachwissen zum wirtschaftlichen Betrieb und die Sicherheit eines schnellen und qualitativen Produktionsstarts.»

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«Forschungseinrichtung von nationaler Bedeutung»

Das Swiss m4m Center im Solothurnischen Bettlach wird seit seiner Gründung im September 2019 vom ETH-Rat unterstützt. Der ETH-Rat ist ein Zusammenschluss der Eidgenössischen Technischen Hochschulen und Forschungsanstalten und wird von der Schweizerischen Eidgenossenschaft geführt. Ende 2020 stufte zudem das Eidgenössische Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung (SBFI) das Swiss m4m Center als «Forschungseinrichtung von nationaler Bedeutung» ein. Nicolas Bouduban erklärt: «Wir haben in der Schweiz eine starke Med-Tech-Branche, die im Jahr 2019 Produkte und Dienstleistungen im Wert von rund 18 Milliarden Franken umgesetzt hat. Gerade im Medizinbereich bietet der 3D-Druck Möglichkeiten, die sich mit keiner anderen Technologie umsetzen lassen.» Dabei lässt Bouduban das häufig vorgebrachte Argument, 3D-Druck sei teuer, nicht gelten: «Das Verfahren kann dann teuer sein, wenn man nicht die richtigen Anwendungen auswählt. Bei komplexen Produkten, solchen, die schnell auf den Markt kommen müssen, und individualisierten Erzeugnissen lässt sich mit 3D-Druck häufig sogar Geld sparen.»

Flexibler Allrounder für Einzelstücke bis hin zu mittleren Serien

Um seinen Kunden die ganze Bandbreite des 3D-Drucks demonstrieren zu können, hat das Swiss m4m Center kräftig investiert: Für die Umsetzung Ihrer Ideen aus Edelstahl 1.4542 / 17-4PH ist in Bettlach die Truprint 2000 qualifiziert und im Einsatz. «Diese Maschine», erklärt Bouduban, «ist extrem flexibel. Damit lassen sich sowohl Einzelstücke wirtschaftlich drucken als auch kleine bis mittlere Serien.» Der verhältnismässig grosse Bauraum der Truprint 2000 ermöglicht ein Bauvolumen von 200 x 200 Millimeter. Der 300-Watt-Faserlaser, der in der Maschine des Swiss m4m Centers zum Einsatz kommt, bringt dabei hervorragende Druck­ergebnisse. Noch effizienter arbeitet die Maschine mit der Option Multilaser. Der Fullfield-Multilaser ist mit zwei 300-Watt-Faserlasern ausgestattet, die zeitgleich den gesamten Bauraum belichten. Die vollautomatische Kalibrierung der Multilaser-Scanfelder zueinander garantiert dabei höchste Präzision. Speziell im Med-Tech-Bereich gehöre die Bearbeitung filigraner Teile zum Tagesgeschäft, erklärt Bouduban und schwärmt: «Der 55-Mikrometer-­Strahldurchmesser der Laser ermöglicht eine sehr hohe Oberflächenqualität, was die Nacharbeit erheblich reduziert.»

Demonstration von Produktivität und Präzision

Kunden können sich von der Produktivität und Präzision der Truprint 2000 im Swiss m4m Center überzeugen. Speziell zu Demonstrationszwecken hat das Team eine medizinische Zange designt. «Die Maschine hat das chirurgische Instrument aus Edelstahl 1.4542 / 17-4PH bereits mehrfach gedruckt. Trotz der filigranen Formen läuft der Prozess reibungslos», erzählt Bouduban und fährt fort: «In einigen Stunden entstehen in der Truprint 2000 sieben Zangen. Mit der Option Multilaser lässt sich die Fertigungszeit um rund 70 Prozent optimieren. Dieses Beispiel soll unseren Kunden deutlich machen, wie einfach der Prototypenbau mithilfe additiver Fertigung sein kann. Andererseits bietet die Truprint 2000 eben auch die Möglichkeit, Kleinserien von Sonderprodukten schnell und wirtschaftlich herzustellen.» Die einfache Bedienung der Maschine sowie das unkomplizierte Teile- und Pulverhandling machen die Anlage für Bouduban zur idealen Einsteigermaschine: «Die Truprint 2000 überfordert den Anwender nicht, bietet aber genügend Möglichkeiten, um nicht gleich an Kapazitätsgrenzen zu stossen.»

Bei aller Begeisterung für die Maschine ist das Swiss-m4m-Team, aber auch der Erfahrungs- und Wissensaustausch mit den 3D-Spezialisten von Trumpf wichtig. Eine enge Zusammenarbeit und der langfristige, aktive Austausch von Trumpf mit den Mitarbeitern des Swiss m4m Centers und deren Kunden war für Bouduban kaufentscheidend. «Der Maschinenhersteller weiss am besten, welche Parameter ausgewählt werden müssen und wie der Laser ein Bauteil ansteuern muss», erklärt er. «Trumpf ist bereit, dieses Know-how mit uns und unseren Kunden zu teilen. Das ist eine wichtige Voraussetzung für unsere Überzeugungsarbeit.» -ari- SMM

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