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Additive Fertigung

3D-Druck von Schutzausrüstung

28. April 2021, 13:49 Uhr   |  Lutz Feldmann (Markforged)

3D-Druck von Schutzausrüstung
© Markforged

3D-Druck mit Metall (Symbolbild)

So schließt das additive Fertigungsverfahren Versorgungslücken

3D-Drucker können Leben retten. Sie produzierten beispielsweise im Frühjahr 2020 im besonders stark von Covid-19 betroffenen Italien Ventile für Beatmungsgeräte. Einige Krankenhäuser hatten nicht mehr genügend Originalausrüstungen und die Hersteller konnten längere Zeit nicht liefern. In anderen Kliniken gelang es, durch den Ausdruck von modifizierten Anschlüssen geschlossene Tauchermasken zu medizinisch wirksamen Atemmasken umzurüsten. 

Diese beiden Beispiele zeigen, dass 3D-Drucker ein ernst zu nehmendes Hilfsmittel in der Medizintechnik sind. Der Druck mit Metallpulver oder endlosfaserverstärkten Kunststoffen erzeugt robuste und langlebige Bauteile für den professionellen Einsatz. So kann beispielsweise das für seine extreme Belastbarkeit bekannte Kevlar zur Verstärkung eingesetzt werden. Die Ergebnisse eignen sich dadurch perfekt für die Nutzung bei regelmäßig wiederkehrenden starken Belastungen.

Versorgungslücken bei Schutzausrüstung

Industrielle Drucker für Kunststoffe sind in der Lage, eine während der Corona-Pandemie in vielen Ländern immer wieder auftauchende Lücke zu schließen: Persönliche Schutzausrüstung (PSA) ist zeitweise Mangelware. Dazu gehören zum Beispiel Schutzbrillen und Gesichtsschilder. Letztere werden genutzt, um die Lebensdauer von FFP2/3-Masken zu verlängern. Die Erfahrung zeigt aber, dass der Gesichtsschutz häufiger ersetzt werden muss. Dadurch kommt es sehr schnell zu Engpässen.

Ingenieure haben einen wiederverwendbaren Gesichtsschutz entwickelt, der mithilfe des additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird. Er besteht aus einem gedruckten Rahmen, einem aus glasklarer Kunstharzfolie (PETG) geschnittenen Gesichtsschutz, einem Stück Schaumstoffband und einem handelsüblichen Gummiband. Das Design ist als Open Source freigegeben. Die durchsichtigen Gesichtsschutzschilde können in weniger als 30 Sekunden entfernt und ersetzt werden. Deshalb muss das medizinische Personal nicht regelmäßig den ganzen Gesichtsschutz entsorgen. Zudem liegen die Kosten unter denen von herkömmlich hergestellten Schilden, da Rahmen und Gummiband wiederverwendet werden.

Chirurgische Instrumente aus dem Drucker

Metalldrucker bieten weitere Möglichkeiten und werden beispielsweise für den Ausdruck von chirurgischen Instrumenten genutzt. Grundsätzlich können moderne Metalldrucker unterschiedlichen Legierungen wie Inconel oder medizinischen Edelstahl nutzen. Das macht sie zu flexiblen Werkzeugen in der Medizintechnik. Die Ergebnisse des Metalldrucks unterscheiden sich nach dem Entgraten und Schleifen nicht von Produkten aus herkömmlicher Fertigung.

So nutzt ein Hersteller von chirurgischen Instrumenten einen Metalldrucker für Prototypen. Zu seinem Produktportfolio gehören spezielle Instrumente für das Anbringen und Extrahieren orthopädischer Implantate, beispielsweise künstlicher Kniegelenke. Die gedruckten Prototypen entsprechen in Form, Gewicht und Handling genau den späteren Serienversionen. Sie erlauben den Chirurgen, sich einen genauen Eindruck von dem Instrument zu verschaffen und es zu testen.

Ausrüstung direkt am Einsatzort herstellen

Zwei wichtige Vorteile machen 3D-Drucker besonders geeignet für den Einsatz in Kliniken und Praxen. Erstens geschieht die Fertigung so nah wie nur möglich am tatsächlichen Einsatzort. Das bewirkt eine Entlastung für die Mitarbeiter, die sich dadurch mehr auf die Patienten konzentrieren können. Zweitens ist die Konstruktion der gefertigten Bauteile frei bestimmbar. Ersatzteile für medizintechnische Geräte, Aufsätze für Beatmungsgeräte, Schutzmaterial oder Stäbchen für Virustests - vieles ist möglich. 

Die 3D-Drucker sind dabei flexibel und innerhalb weniger Minuten von einem Produkt auf das andere umgerüstet. Die Benutzer müssen lediglich neue Konstruktionsdaten in das Gerät laden. Doch das ist natürlich Entwicklungsarbeit notwendig. Deshalb hat sich rund um den 3D-Druck eine Open-Source-Szene gebildet, die digitale Konstruktionsunterlagen für viele Standardbauteile bereithält. Auch Hersteller aus allen Branchen inklusive der Medizintechnik unterstützen diese Initiativen. 

Notfallnetzwerk für Schutzausrüstungen

Während der ersten Phase der Coronakrise zeigt sich die Hilfsbereitschaft von Firmen, die 3D-Drucker besitzen. Sie stellten Geräte, Produktionskapazitäten oder Konstruktionsdaten zur Verfügung. Das Unternehmen Markforged geht weiter in diese Richtung und beteiligt sich an einem Pilotprojekt im US-Bundesstaat Michigan, das diese Form der Vernetzung fördert und finanziert. Es will damit kritische Lücken der medizinischen Lieferkette schließen.

Dafür erhielten insgesamt 350 kleine und mittelständische Hersteller in Michigan 3D-Drucker aus Landesmitteln. Sie dürfen diese Drucker für eigene Zwecke nutzen, wenn sie gleichzeitig im Notfall Kapazitäten für Schutzausrüstungen freigeben. Jeder der Drucker ist mit einer zentralen Cloud verbunden, sodass in Michigan das weltweit größte Notfallnetzwerk an 3D-Druckern entsteht. Die Druckerflotte versetzt den Bundesstaat Michigan in die Lage, systemkritische Bauteile zentral zu bestimmen und vor Ort drucken zu lassen. Potenziell kann ein solches Netzwerk weltweit ausgedehnt werden, um Versorgungslücken wie Anfang 2020 für die Zukunft zu vermeiden.

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