Flexibilität dank Additiver Fertigung in der Medizin

Viele medizinische Geräte und Teile der Laborausstattung sind hochwertige und komplexe Nischenprodukte, die in Kleinserien produziert werden. Für eine konventionelle Fertigung sind häufig teure Werkzeuge erforderlich, deren Kosten auf die Produkte umgelegt werden müssen. Die additive Fertigung hingegen arbeitet werkzeuglos und ermöglicht deshalb eine wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen in kleineren Serien bis hin zu Losgrösse 1. 

 «Das Denken muss sich wechseln zwischen Drehen, Fräsen, Bohren und additiv fertigen.» Dieter Sorg, Head of CAM bei Hettich AG

Der Produktionsprozess basiert auf CAD-Daten der Bauteile. Diese Technologie erlaubt Freiheiten bei der Gestaltung und die Option, Funktionen direkt in das Bauteil zu integrieren. So ergeben sich eine kürzere Time-to-Market und viele Möglichkeiten zur Produktoptimierung.

 3 statt 32 Montagekomponenten – der Waschrotor von Hettich

Der Zentrifugenhersteller Hettich AG mit Sitz in Bäch (SZ) produziert und vertreibt Laborgeräte seit 1977. Hettich erfand und patentierte eine neue Form der Zentrifuge, die das Sedimentieren und Separieren der Blutkomponenten in einem Gerät ermöglicht. Für die Herstellung nutzt Hettich konsequent die Vorteile des 3D-Drucks und hat so die eigene Wirtschaftlichkeit der Serienproduktion erheblich verbessert.

 Bereits vor 25 Jahren hat Hettich den ersten 3D-Drucker angeschafft – in erster Linie, da die Technologie interessant war. Damals wurde aber noch kein Produkt additiv gefertigt. Heute ist dies anders: Die Möglichkeiten der additiven Fertigung sind für die Medizinaltechnik vielfältig und innovativ. Bauteile können konstruiert und hergestellt werden, welche mit anderen Fertigungstechniken nicht realisierbar sind. Auch der Automatisierungsgrad erhöht sich dank der 3D-Drucktechnologie.

 «Bei additiv gefertigten Teilen muss man in Funktionen denken und nicht, wie man es herstellt.» Dieter Sorg, Head of CAM bei Hettich AG

 Der ROTOMAT von Hettich besteht aus einem Trommelmotor mit sechs Behältern und Auffangschalen. Die Behälter besitzen eine aufwändige Geometrie und unterliegen einer hohen Rotationsgeschwindigkeit mit Beschleunigungskräften, die die 1200-fache Erdbeschleunigung erreichen. Typische Anwendungen für Zentrifugen, die mittels Fliehkraft Gemische in ihre Bestandteile trennen, sind beispielsweise das Aufbereiten von Blutproben oder das Anfertigen eines Blutbilds. Konventionell hergestellt besteht ein Waschrotor aus 32 einzelnen Teilen, die zusammengesetzt werden müssen. Dies erfordert komplexe Werkzeuge und eine zeitintensive Montage, zumal die Edelstahleinspritzröhrchen aufwändig entgratet werden müssen.

Die Umstellung auf die additive Fertigung hat sich für Hettich bewährt – mit optimalen Kennzahlen:

• Der Waschrotor wurde neu konstruiert und besteht nun aus 3 statt 32 Montagekomponenten – bei verbesserter Funktionalität.
• Die Herstellung der Behälter erfolgt werkzeuglos mit geringeren Produktionskosten. 
• Kleinserien sowie regionale Anpassungen sind problemlos realisierbar.
• Bei der Montage werden keine Werkzeuge benötigt und das zeitaufwändige Entgraten entfällt komplett.

3D-Druck in der Medizinaltechnik

Bei der Herstellung der Laborgeräte setzt Hettich auf EOS als weltweit führender Technologieanbieter im industriellen 3D-Druck von Metallen und Kunststoffen. EOS bietet dabei weit mehr als nur die notwendigen Materialien und Systeme für den additiven Fertigungsprozess: Mit einem hohen Marktverständnis und genauer Kenntnis spezifischer Entwicklungsabläufe in der Medizinbranche arbeitet EOS eng während des gesamten Entwicklungs- und Produktionsprozesses mit einem starken Partnernetzwerk zusammen.

Auch andere Bauteile von medizinischem Equipment, beispielsweise bei Röntgengeräten, können mit 3D-Drucktechnologie optimal gefertigt werden. Röntgenstrahlenraster (Anti-Scatter Grids, Streustrahlenraster) herzustellen ist sehr anspruchsvoll, zeitaufwändig und somit kostenintensiv. Aber auch diese werden nun auf neuartige und optimierte Weise gefertigt. Streustrahlenraster fangen die vom Körpergewebe des Patienten abgelenkten Röntgenstrahlen ein, bevor diese den Film oder die IP-Platte erreichen. So werden sowohl der Kontrast wie auch die Genauigkeit von Röntgen-Aufnahmen verbessert.

Das System EOS M 290 in Kombination mit dem Material Wolfram (EOS Tungsten W1) ist die erste und einzige am Markt verfügbare Lösung für die anspruchsvolle Fertigung von Röntgenstrahlenrastern. Und das mit einem immensen Vorteil: Sie weist ein attraktiveres Stückkostenverhältnis auf als die Fertigung mittels konventioneller Verfahren.  

Die Schweiz als Vorreiter in der Medizintechnologie

Die Schweiz hat sich zu einem bedeutenden Ort für Medizintechnologie entwickelt. Sie ist ein sehr attraktiver Ort für Forschung, Entwicklung und Produktion, da sie aus erstklassigen Forschungseinrichtungen und einem hervorragenden Gesundheitssystem besteht, das nach leistungsstarken Produkten verlangt und Innovation vorantreibt. Da die Schweiz ein kleines Land ist, hat die Industrie die Möglichkeit, von diesem geballten Know-how in der gesamten Wertschöpfungskette zu profitieren und an einem und demselben Ort neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln, zu produzieren und zu vermarkten.

Das engmaschige Netzwerk aus Forschung und Entwicklung, das auf der Zusammenarbeit renommierter Universitäten, hochspezialisierter KMU und weltweit tätiger Unternehmen basiert, bietet rund 70 000 Beschäftigten in dieser Branche einen Arbeitsplatz. Über 85 Prozent der Hersteller und Zulieferer produzieren in der Schweiz.