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3-2020

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

3D-Druck Bild 6:

3D-Druck Bild 6: Unterschiedliche 3D-Bauteile für den Nähautomaten von Sutrue entstehen parallel auf einer Bauplatte (Bild: Sutrue) Branchen engagierten sich. Viele Unternehmen hatten derartige Produkte noch nie gefertigt. Es wurde viel improvisiert. Einen glasklaren Gesichtsschutz beispielsweise könnte man in etwa 10 Stunden ausdrucken, aber das ist angesichts konventioneller Technologien wenig sinnvoll, weil nicht skalierbar und kostenineffizient. AM findet mehr im Detail statt. Ein Beispiel sind Venturi-Ventile in Reanimationsund Beatmungsgeräten (Bild 3). Hier geht es darum, ein konventionell hergestelltes Verschleißteil zeitnah im 3D-Druck herzustellen. Dies geschah im Krankenhaus von Brescia (Italien): Das Unternehmen Fab Lab aus Mailand stellte im Krankenhaus einen 3D-Polymer- Drucker auf. Man scannte die bisherigen Ventile und druckte neue Ventile aus. Die Reanimationsgeräte liefen also weiter. Später übernahm die Lonati Spa (I) die Serienproduktion im Polymerlaser-Pulverbett-Schmelzverfahren, um die Polyamid-Teile auszudrucken und die italienischen Krankenhäuser zu versorgen. Dies sind nur zwei Beispiele von vielen: Das Unternehmen Isinnova aus der Lombardei belieferte in Chiari das örtliche Krankenhaus mit 3D-gedruckten Venturi-Ventilen (Bild 4). In unserer Branche läuft dies unter dem Stichwort „Ersatzteile on demand“. Ein wesentliches Element, wenn formgebundene Lösungen nicht mehr existieren oder zu lange in der Beschaffung brauchen. In diesem Zusammenhang ist aber auch wichtig das Reengineering zu erwähnen. Wenn man ein Ersatzteil dann auch noch neu konstruiert, dann kann aus einem vielteiligen Montageteil in einem Schuss ein 3D-gedrucktes Bauteil ohne Montageaufwand entstehen. Weitere Beispiele für den 3D-Druck sind der Nähautomat für Herz-OPs (Bild 5), Bauteile des Nähautomaten (Bild 6) und ein Wirbelsäulenelement (Bild 7). Stand der AM-Technologie als ganzheitliche Produktionsstrategie Die Themen Automation und digitale Prozesskette runden die Entwicklung ab. Automation bedeutet, möglichst viele Störgrößen aus zuschalten und einen Prozess unter Schutzgasatmosphäre abzusichern und schnell automatisiert zu gestalten. Dies beginnt bei der Aufbereitung in Containern, über den eigentlichen Aufbauprozess der 3D-Druck-Anlage, bis hin zur automatisierten Nacharbeit, wie Support-Entfernung, Wärmenachbehandlung oder Oberflächenbearbeitung. Der maximale Ansatz einer Automation ist eine Durchgängigkeit vom Pulver bis zum fertigen Bauteil ohne händische Tätigkeiten. Die digitale Prozesskette, von Beginn an die Herausforderung, aber auch Notwendigkeit zur Ausschöpfung der Potentiale von AM, seitens der Maschinen- und Anlagenbauer, wurde inzwischen ausgeweitet. Ein Kernpunkt ist die direkte Gewinnung von digitalen STL-Daten. So können heute Scanner zum Einsatz kommen, um Daten direkt abzugreifen. Das kann am Patienten sein, aber auch, bei konventionellen Bauteilen, Bild 7: 3D-Scheibenprothesen in der Wirbelsäule verbessern die Mobilität: Sie gewährleisten 360º Bewegungsfreiheit für den Patienten und sind in der Dimensionierung exakt an die Wirbelsäulenanatomie des Menschen anpassbar (Bild: Tsunami) die nun mit AM gefertigt werden sollen. Handels übliche Dental-Scanner für den Zahnarzt gibt es heute bereits für unter 10.000 EUR. Die digitale Prozesskette findet aber auch in einer anderen Dimension statt. Stichwort sind hier moderne AM-Fabriken mit durchgängigen digitalen Prozess ketten zur Produktions- und Ablaufsteuerung. Dieser moderne Typus erfordert einen Datenfluss in der Materialbereitstellung und -aufbereitung, der Bauteileproduktion, des Post- Processing und der Intrawerkslogistik bis hin zu autonom fahrenden Transportsystemen (FTS-Technologie). Diese Idee kam bei uns vor 5, 6 Jahren unter dem Schlagwort „AM Factory of Tomorrow“ auf. Sie findet zunehmend Einzug in die Betriebswelt von AM-Anwendern, weil hier wichtige Wertschöpfungselemente liegen, die die Wettbewerbsfähigkeit bestimmen. Ein Gedanke zum Schluss Zum Abschluss meines Blicks auf die Zukunft von AM, möchte ich den 3D-Consumer-Bereich nicht vergessen: Wie in anderen Hardware-Bereichen auch wird es immer einen Markt für industrielle 3D-Drucker und Consumer-3D- Drucker geben. Das Verhältnis des Marktvolumens gibt das englische Marktanalyseunternehmen Context mit 70:30 (%) an. Der Markt zeigt uns hier Quantensprünge auf: Ein moderner Consumer-3D-Drucker kostet heute rund 1.000 EUR. Mit einer vergleichbaren Qualität am Bauteil würde ich behaupten wollen, dass vor rund 15 Jahren ein industrieller 3D-Drucker dem gegenüber zwischen 100.000 und 200.000 EUR kostete. Das bedeutet, der 3D-Druck kommt heute aus der Höhe in die Fläche. Ein heimischer 3D-Drucker, derzeit führt das HP Multi- Jet-Fusion-Verfahren, wird zukünftig genau so normal sein, wie heute Büro-Laserdrucker. So ist es denkbar, auf der Basis von Lizenzen für Geometrien, dass zahlreiche praktische Produkte von „Menschen wie du und ich“ zu Hause entstehen. Keine schlechten Zukunftsaussichten, denke ich, wenn man bei einer Pandemie wie SARS-CoV-2 selbst Schutzvisiere oder Schutzmasken ausdrucken möchte, ohne das Haus zu verlassen - mit Daten aus dem Internet. ◄ 22 meditronic-journal 3/2020

Lasertechnik CO-Laser: Einzigartiges Wellenlängenregime bietet chirurgisches Versprechen Der Kohlenmonoxid (CO)-Laser erzeugt seine Leistung bei einer Reihe von Wellenlängen im mittleren Infrarot im Bereich von 5,2 - 6 µm mit tieferer Eindringtiefe in das Weichgewebe im Vergleich zur Wellenlänge von 10,6 µm des Kohlendioxid (CO 2 )-Lasers. Zusammen mit den Vorteilen der flexiblen Faserführung macht der einzig artige Multi- Wellenlängenbereich des CO-Lasers ihn zu einem vielversprechenden potenziellen Werkzeug für Laseroperationen an stark vaskularisierten Organen und sorgt für eine gute Verschweißung von Gewebe und Gefäßen. Einzigartiges Wellenlängenregime Die Kohlenmonoxid (CO)- und Kohlendioxid (CO 2 )-Laser sind ähnliche Laser, die beide vor fast 60 Jahren zum ersten Mal demonstriert wurden, aber seitdem sehr unterschiedliche Flugbahnen aufweisen. CO 2 -Laser haben eine lange und erfolgreiche Geschichte medizinischer (und industrieller) Anwendungen, die von der Podologie bis zur Ästhetik (Hautoberflächenbehandlung) reichen. Im Gegensatz dazu erforderten CO-Laser extreme Kühlungsschemata und konstante Gasnachfüllung und waren meist auf Laboranwendungen beschränkt, vor allem weil es sich als schwierig erwies, abgedichtete CO-Laser herzustellen, die das gleiche hohe Maß an Zuverlässigkeit und Lebensdauer wie CO 2 -Laser bieten. In den letzten Jahren hat sich diese Situation völlig verändert, da die Ingenieure von Coherent die gleichen Technologien, die zur Herstellung von geschlossenen CO 2 -Lasern verwendet werden, auch auf die Heraus forderungen bei CO-Lasern anpassen. Das Endergebnis ist eine Reihe von schlüsselfertig versiegelten CO-Lasern mit ausgezeichneter Effizienz bei Raumtemperatur, die eine Lebensdauer im Bereich von Tausenden von Stunden aufweisen. Ingenieure und Wissenschaftler beginnen nun, das einzigartige Wellenlängenregime in verschiedenen Anwendungen, einschließlich möglicher chirurgischer Anwendungen, zu nutzen. Der Kohlendioxidlaser erzeugt seine Leistung bei einer Wellenlänge im tiefen Infrarot von 10,6 Mikrometern. Der Erbium (Er)-Laser, der sich in einigen medizinischen (z. B. dermatologischen) Anwendungen etabliert hat, hat eine viel kürzere Ausgangswellenlänge von 3 Mikro- Autoren: Dr. Matthias Schulze, George Oulundsen und Dan Attanasio, Coherent, www.coherent.de Viacheslav (Slava) Artyushenko, art photonics GmbH, www.artphotonics.com Coherent www.coherent.de Bild 1: Das Absorptionsspektrum des Zahnfleischgewebes hat Einfluss darauf, wie unterschiedliche Laserwellenlängen mit dem Gewebe interagieren. meditronic-journal 3/2020 23

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