3D-Druck Serienproduktion mittels 3D-Druck? Kein Problem

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MISSION ADDITIVE

Immer häufiger setzen Unternehmen aus der Medizintechnik auf die additive Fertigung – selbst wenn das Ziel die serienmäßige Herstellung von Produkten ist. Dabei spielt nicht nur die Vielseitigkeit und Wandelbarkeit der Technologie eine tragende Rolle, auch die stetige Weiterentwicklung und die zunehmende Möglichkeit kostengünstig zu produzieren überzeugen immer häufiger.

Quantensprünge sind in der Medizin keine Seltenheit. Man bedenke nur, welche weitreichende Bedeutung die Entwicklung des Ultraschalles als bildgebendes Verfahren hatte, wie sich die Entdeckung von Krankheitserregern auf deren Bekämpfung auswirkte und welche Möglichkeiten in Zukunft die mRNA-Technologie haben wird. Einen ähnlichen Quantensprung für die Medizintechnik sowie die Entwicklung neuer Medizinprodukte stellt dabei die flächendeckende Nutzung der additiven Fertigung dar. Die Möglichkeit, eine Produktidee in kürzester Zeit herzustellen, Gedanken und theoretische Konstruktionen Realität werden zu lassen und so problemlos bereits in einer sehr frühen Phase zu erkennen, ob ein Medizinprodukt den gewünschten Effekt haben kann oder noch weiter verbessert werden muss – all dies ermöglicht die additive Fertigung.

Dabei geht der Quantensprung in der Medizintechnik durch den 3D-Druck noch über diese Punkte hinaus. Unternehmen realisieren immer häufiger, dass sich die additive Fertigung nicht nur durch die vielfältigen und weitreichenden Anwendungsgebiete hinsichtlich der Produktion von Prototypen verdient macht. Viele Entwickler und Ingenieure erkennen im 3D-Druck zunehmend auch eine Möglichkeit zur schnellen und flexiblen Serienproduktion. Während es etwa in der Luft- und Raumfahrtbranche noch etwas dauern kann, bis die additive Fertigung zu einem festen Standbein für die Serienproduktion wird, setzen bereits heute viele Unternehmen im medizintechnischen Bereich auf die Vorzüge der Serienfertigung durch den 3D-Druck. Zu Recht stellt man sich also die Fragen: Was hat sich verändert, damit die additive Fertigung von einem Prototypenverfahren zu einer geeigneten Methode für die Serienfertigung wurde? Welche Vorteile liegen in dieser Entwicklung? Und welche Entwicklungen erwarten uns noch in der Zukunft?

Evolution einer technologischen Revolution

Die relativ kurze Geschichte der additiven Fertigung ist geprägt von einer rasanten Weiterentwicklung der Technologie. Während Privatpersonen den 3D-Druck bis heute noch vor allem mit Extrudern verbinden, die ansehnliche Plastikskulpturen und Trillerpfeifen hervorbringen, ist die additive Fertigung innerhalb industrieller Anwendungen schnell den Kinderschuhen entwachsen und zu einer echten Alternative zu herkömmlichen Produktionsverfahren geworden. Dabei sind insbesondere die unterschiedlichen Druckverfahren entscheidend für den raschen Aufstieg der Technologie. Stereolithographie, direktes Metall-Lasersintern, das Multi-Jet-Fusion-Verfahren oder auch der 3D-Druck mit Silikon – um nur einige Beispiele zu nennen – sind jeweils unterschiedliche Technologien unter dem Mantel der additiven Fertigung.

Durch diese unterschiedlichen Verfahren lassen sich wiederum eine Vielzahl an Materialien verarbeiten und entsprechende Bauteile anfertigen. Diese breite Vielfalt – verbunden mit der Designfreiheit des 3D-Drucks – sorgte dafür, dass Unternehmen schnell auf dieses besondere Fertigungsverfahren setzten, um Prototypen herzustellen oder Ersatzteile zu produzieren, die aufgrund der geplanten Obsoleszenz nicht mehr verfügbar waren.

Daneben hat sich die additive Fertigung auch stetig weiterentwickelt. Immer wieder kommen neue Verfahren hinzu und werden neue Metalle, Kunststoffe oder Polymere erforscht und entwickelt, die mittels eines additiven Verfahrens verarbeitet werden können. Die Folge? Der 3D-Druck stellt sich immer breiter auf und wird für Entwickler, Konstrukteure und Produktdesigner zu einem unverzichtbaren Werkzeug.

Allrounder für die Medizintechnik

Neben den unzähligen Möglichkeiten, die der 3D-Druck durch seine ständige Weiterentwicklung bereithält, ist das Verfahren durch die stetig anwachsende Nutzung auch immer günstiger geworden. Insbesondere beim Ziel, kleinere Serien zu produzieren, kann der 3D-Druck mittlerweile aus monetärer Perspektive mit subtraktiven Verfahren wie der CNC-Bearbeitung und dem Spritzgussverfahren mithalten. Da vor allem innerhalb der Medizintechnologie oftmals kleinere Stückzahlen benötigt werden und eine passgenaue Anfertigung hier wesentlich relevanter sein kann als in anderen Branchen, kommen die Vorteile der additiven Fertigung besonders gut zum Tragen.

Dabei liegt auch ein weiterer Vorzug, der für die additive Fertigung spricht, auf der Hand: Durch die besondere Designfreiheit für Konstrukteure und Entwickler bietet der 3D-Druck ein Feuerwerk an Möglichkeiten. Kanäle innerhalb einzelner Bauteile sind damit ebenso möglich wie eine weitreichende Funktionsintegration – also die Herstellung einzelner Bauteile, die gleichzeitig mehrere Aufgaben übernehmen. Diese Umstände, kombiniert mit der zunehmenden Etablierung der additiven Fertigung als Standardverfahren, sorgen dafür, dass auch Serienprodukte innerhalb der Medizintechnik immer häufiger aus dem 3D-Drucker stammen. Additiv gefertigte Titanwirbelimplantate sind hier ebenso als verfügbare und weithin akzeptierte Serienprodukte in der Medizintechnik zu nennen wie der Anti-Tinnitus-Bügel Forgtin. Dabei zeigt sich am letztgenannten Beispiel auch, dass der 3D-Druck einen reibungslosen Übergang vom Iterationsprozess mit unterschiedlichen Prototypen hin zur ersten Serienproduktion ermöglicht.

Eine Zukunft voller Möglichkeiten

Zusammengefasst ist die additive Fertigung durch das sehr breite Spektrum an unterschiedlichen Druckverfahren und Materialien, die weite Verbreitung innerhalb der Industrie und auch die dadurch entstandenen konkurrenzfähigen Kosten zu einem unerlässlichen Werkzeug für Unternehmen aus der Medizintechnik geworden. Nicht nur die Designfreiheit und die kurzen Produktionszeiten machen den 3D-Druck zu einer Technologie, die auch für die Serienfertigung genutzt werden kann – auch die Möglichkeit, Produkte in Losgröße 1 und mit jeweils kleinen individuellen Anpassungen zu fertigen, ist ein schlagendes Argument.

Dabei sind die Möglichkeiten der additiven Fertigung noch lange nicht ausgeschöpft. Durch spezialisierte Unternehmen wie Protolabs wird vielen Firmen aus der Medizintechnik auch die notwendige Einarbeitungszeit und der unverzichtbare Zugriff auf fachliche Expertise abgenommen. Zudem arbeiten solche Fertigungsdienstleister gemeinsam mit Forschungseinrichtungen auch an immer neuen Verfahren und Materialien, die den 3D-Druck in Zukunft noch attraktiver werden lassen. Dass sich die additive Fertigung zu einem Standardverfahren für die Serienproduktion von medizinischen Geräten entwickelt, ist daher wohl erst ein kleiner Teil des bedeutsamen Spektrums, das diese Technologie in Zukunft abdecken wird. Schlussendlich ist dies also nur der erste Startschuss eines weiterhin überraschenden Quantensprungs.

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* Der Autor: Daniel Cohn ist Geschäftsführer Deutschland von Protolabs.

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