Medizintechnik

Prototypen und Kleinserien im 3D-Druck

SLS schafft Designpotenzial in der Medizintechnik. Das Lasersintern ermöglicht Medizintechnik-Designern, in kurzer Zeit Kunststoffbauteile für Machbarkeitsstudien zu drucken. Die funktionalen Prototypen weisen weitgehend die gleichen Eigenschaften auf wie Spritzgießteile. Das Unternehmen EEM geht einen Schritt weiter: Sie erweitert die 3D-Druck-Anwendung auf Kleinserien.

Entspannung in Schräglage: Ob mit Nussbaumholz für zu Hause oder mit glatter Oberfläche für die medizin-zertifizierte Anwendung, den grow chair gibt es in den drei Ausführungen grow private, grow medical und grow office. © EEM

An das rund 2000 Jahre alte Zitat von Hippokrates „Die Wirbelsäule ist der Schlüssel zur Gesundheit“ erinnert Cyrill Aemisegger, Verantwortlicher für Entwicklung, Technik und Produktion bei der im Schweizer Sulgen ansässigen EEM. Das Unternehmen produziert unter der Marke Grow Concept verschiedene gesundheitsfördernde Produkte, die zu Hause, in der Therapie oder am Arbeitsplatz Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit steigern sollen. Neben einem Klangsystem mit beruhigender Musik und entspannungsfördernden Duftaromen wurde ein patentierter Spezialstuhl entwickelt, der innerhalb von zehn bis zwanzig Minuten mit einem speziellen Verfahren den Rücken entspannen soll.

Abhilfe schafft die sogenannte Extensionstherapie, die spezifisch dafür entwickelte und automatisch verstellbare Entlastungsstühle nutzt. Ziel sei, die mit der täglichen Belastung um ein bis mehrere Zentimeter schrumpfende Wirbelsäule im Verlauf auf dem Grow Chair wieder zu dehnen – mit positiven Nebeneffekten, die die Regeneration des Körpers fördern. Laut Cyrill Aemisegger sind bereits mehrere hundert Exemplare im Einsatz.

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Mehr als 20 gedruckte Teile pro Stuhl
Um möglichst ohne Umwege Komponenten mit beliebiger Geometrie herstellen zu können, setzt EEM seit Entwicklungsbeginn der drei Grow Chair-Typen auf das selektive Lasersintern (SLS). Insgesamt über 20 funktionale Objekte pro Entlastungsstuhl werden mittlerweile im 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Zwar befinden sich die Stühle noch in einem fortgeschrittenen Prototypenstadium. Doch in den bis dahin produzierten Exemplaren dienen die 3D-gedruckten Objekte nicht als Platzhalter für Spritzgussteile der künftigen Großserie, sondern sind laut Unternehmen voll funktionstauglich. Denn sie weisen weitgehend die gleichen mechanischen und optischen Eigenschaften auf. In Kombination mit der Möglichkeit, gedruckte Teilegeometrien schnell ändern zu können, erweist sich das Verfahren für die aktuelle Kleinserienfertigung als effizienteste Produktionsvariante. Damit macht das Ostschweizer Unternehmen einen Spagat zwischen der Herstellung von Prototypen und Kleinserien.

Cyrill Aemisegger, Verantwortlicher für Entwicklung, Technik und Produktion bei der EEM AG: «Dank der SLS-Technologie erhalten wir umgehend physische Resultate und können dadurch unsere Entwicklungsprozesse beschleunigen.» © Sintratec

Neben 16 mobilen Schutzabdeckungen werden die Elektronik-Schutzfassung, die Halterung für die Fernbedienung und das Schnellverschluss-System für die austauschbare Nackenstütze lasergesintert. Bezeichnend: Die Halterung für die Fernbedienung steht als Design-Element mit einer modern erscheinenden Haptik stark im Vordergrund.

FFF und SLA erfüllten die Anforderungen nicht
Cyrill Aemisegger entschied, da er beispielsweise für die Elektronik-Abdeckung keine brauchbaren Standardteile fand, bestimmte Komponenten selber zu fertigen. Für diese Spezialkomponenten zog er das CNC-Fräsen aufgrund dessen eingeschränkten Agilität nicht in Betracht und schaute sich 2017 nach einer effizienten Lösung um, die sich für die Fertigung dieser Komponenten am besten eignet.

Das Schnellverschluss-System der Nackenstütze demonstriert die Essenz des Lasersinterns: Diese Konstruktion zweier ineinander gedruckten Teile, die bewegbar sind, wäre weder mit einem konventionellen Fertigungs- noch mit einem anderen erschwinglichen 3D-Druck-Verfahren realisierbar. © Sintratec

Unter anderem untersuchte er verschiedene 3D-Druck-Verfahren. Aufgrund der Anforderungen kam für ihn die FFF-Technologie (Fused Filament Fabrication) wegen den Stützstrukturen nicht in Frage (auch bekannt als FDM: Fused Deposition Modeling). Der Entwicklungsleiter erklärt: „Das damit verbundene Post-Processing wäre mir zu aufwendig gewesen.“ Auch das SLA-Verfahren (Stereolithografie) entsprach nicht seinen Anforderungen. Vor allem, weil die damit gedruckten Teile mechanisch zu wenig belastbar wären und aufwendig nachbearbeitet werden müssten. Und da ein SLS-System der oberen Preisklasse für ein Kleinunternehmen wie EEM schlicht zu teuer sei, entschied er sich schließlich für die Sintratec S1.

Die externe Produktion der Kunststoffteile im Spritzguss, wäre nicht nur teurer, sondern auch zeitintensiver gewesen. „Dank der SLS-Technologie erhalten wir umgehend Resultate und können dadurch unsere Entwicklungsprozesse beschleunigen“, sagt der Technik-Verantwortliche.

Frei von der Leber konstruiert, optisch und haptisch einwandfrei: Die am grow chair angebrachte 3D-gedruckte Halterung für die Fernsteuerung. © Sintratec

Exemplarische Essenz von SLS
Das selektive Lasersintern bietet für Konstrukteure und Ingenieure faszinierende „verfahrenstypische“ Möglichkeiten, die komplett neuartige Designs möglich machen. Ein Beispiel dafür ist das Schnellverschluss-System für die Nackenstütze: Die Konstruktion zweier ineinander gedruckten und beweglichen Teile wäre weder mit einem konventionellen Fertigungs- noch mit einem anderen der erschwinglichen 3D-Druck-Anlagen realisierbar. Der Vorteil dieser Konstruktion: Mit der montierten Feder wird auf elegante Weise zusätzlich die Verschlussfunktion erfüllt. „Dank der SLS-Technologie können wir komplexere Designs realisieren und diese exakt auf ihre Funktion auslegen, fährt Cyrill Aemisegger fort. Der Einsatz der Sintratec S1 hat das Engineering bei EEM beträchtlich beeinflusst. „Seit die Anlage bei uns im Einsatz ist, konstruieren wir viel funktionsorientierter.“


So funktioniert der Grow Chair
Der zertifizierte Grow Chair (Medizinklasse 1) mit austauschbarer Kopfstütze lässt sich einfach an die Körpergröße des Anwenders anpassen. Per Fernbedienung bewegen sich Armlehnen, Achselstützen und Kopfstütze langsam in die personalisierte Dehnungsposition. In dieser werden die Bandscheiben durch Dehnung der Wirbelsäule entlastet und Verspannungen oder Blockaden gelöst. Der Druck auf die gereizten Nerven nimmt ab und umliegende Muskeln, Bänder und Sehnen lockern sich. Dies wird durch die zuschaltbare Wärme der Rückenlehne begünstigt. So haben laut Entwickler die Bandscheiben die Möglichkeit, sich bereits nach 10 bis 20 Minuten zu regenerieren.

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