Bei der Herstellung von hochwertigen Orthesen bietet der Filament-3D-Druck (3F) wesentliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Fertigungsverfahren. So gibt es bei der Qualität des Endprodukts keine Abstriche.
Neben der hervorragenden Qualität profitieren Sie auch von einer hohen Prozessgeschwindigkeit, einem deutlich reduzierten Materialeinsatz und damit niedrigeren Produktionskosten. Wie können Sie sich die genannten Vorteile durch den Einsatz von Additive Manufacturing zunutze machen? Das erfahren Sie in diesem Beitrag.
Orthesen-Hersteller adViva verbessert seinen Herstellungsprozess
Der Heidelberger Hersteller von Orthesen adViva hat in einer Kooperation mit dem Software Hersteller Teton Simulation, dem 3D-Drucker-Hersteller Ultimaker und dem Spezialkunststoffhersteller LEHVOSS Group den Prozess der Herstellung von patientenindividuellen Orthesen aus carbonfaserverstärkten duroplastischen Kunststoffen grundlegend überarbeitet. Mit dem Einsatz von 3D-Druck konnten deutliche Prozessvorteile erzielt werden.
Die vier Partner hinter dem innovativen Fertigungsverfahren
adViva, ein in Heidelberg 1997 gegründetes Gesundheitsunternehmen, entwickelt und fertigt patientenspezifische Hilfsmittel wie Orthesen und Prothesen für die übliche Versorgung von Patienten – unter anderem auch für Leistungssportler. adViva bildet mit seinen Beratungs- und Serviceleistungen die Schnittstelle zum Kunden.
Mit „SmartSlice“ bietet der US-amerikanische Softwareentwickler Teton Simulation ein Plugin, das sowohl die Leistung im Betrieb als auch die Druckeinstellung für die Form optimiert. Damit stellt das SmartSlice sicher, dass das gedruckte Teil einerseits die Leistungsanforderungen erfüllt und andererseits die Druckzeit und der Materialverbrauch minimiert werden.
Das 2011 in den USA gegründete Unternehmen Ultimaker ist Anbieter von 3D-Druck-Systemlösungen, bestehend aus Druckern, Software und Materialien.
Mit seinem thermoplastischen Kunststoff LUVOCOM 3F PET CF 9780 BK bietet die LEHVOSS Group ein Material, das sich durch seine hohe Festigkeit, Wärmeformbeständigkeit, hervorragende Oberflächengüte beim Verdrucken, einfache Verdruckbarkeit und Recyclingfähigkeit auszeichnet. Das Material kann getrennt gesammelt und im Rahmen eines sortenfreien Materialrücklaufes vollständig dem technischen Kunststoffrecycling zugeführt werden.
Die klassische Orthesen-Herstellung kann mit Additive Manufacturing verbessert werden
Seit Jahrzehnten bildet das Zerspanen von Halbzeugen den Kern des Herstellungsprozesses von Formen für klassische Orthesen. Dieser Prozess teilt sich in 3D-Scanning, Form-Design, Zuschneiden der Blockware auf Fräsnormal, spanende Bearbeitung (Fräsen), Laminieren, Aushärte und Entformen.
Zuschneiden und Fräsen weisen dabei eine Reihe charakteristische, ökologisch relevante Aspekte auf:
- Es fallen große Mengen an Zuschnittresten sowie feine und feinste Stäube an.
- Ein erheblicher Reinigungsaufwand in Produktionsräumen und Filteranlagen entsteht.
- Durch Fremdmaterialeinschluss an laminierten Bauteilen besteht die Gefahr etwaiger Qualitätseinbußen.
- Anfallende Stäube, Blockabschnitte und die Laminierform müssen als Sonderabfälle entsorgt werden.
Die Rüsttätigkeiten Zuschneiden und Fräsen bieten damit das größte Optimierungspotenzial, um den Gesamtprozess auf relevante Schritte zu reduzieren, den Materialeinsatz zu verringern, Durchlaufzeiten zu verkürzen und kosten- sowie umweltschonende Recyclingkreisläufe zu etablieren. Dieses Potenzial können Sie mithilfe der Implementierung von 3D-Druck erschließen.
Der Prozess eines 3D-gedruckten Werkzeugs für CFRP-Orthesen anhand des adViva-Anwendungsfalls
Als Filament dient bei der adViva-Formen-Herstellung LUVOCOM 3F PET CF 9780 BK. Es überzeugt mit einer hohen Festigkeit und Temperaturbeständigkeit. Das daraus erstellte Formwerkzeug ist durch diese Materialeigenschaften leicht(er) einsetzbar und widerstandsfähig(er). Da das Bauteil gegenüber Beschädigungen unempfindlich ist, bleibt der Laminierprozess ungestört und der Transport sowie das Verwahren des Artikels unbedenklich.
Bereits bei der Konstruktion des Modells wurde auf minimalen Einsatz von Materialien geachtet. In Kombination mit der hohen Festigkeit des 3D-Druckmaterials kann mit einem geringerem Infill gearbeitet werden. Als Reststoff fällt so ein noch geringeres Materialvolumen an.
Recycling von LUVOCOM 3F PET CF 9780 BK
Bei LUVOCOM 3F PET CF 9780 BK handelt es sich um einen leistungsfähigen thermoplastischen Kunststoff. Dieser kann getrennt gesammelt und dem technischen Kunststoffrecycling zugeführt werden: So können nach dem Vermahlen der Bauteile z.B. über Spritzgießen neue technische Teile hergestellt werden. Einen sortenreinen Materialrücklauf können Sie bei der Etablierung dieses Verfahrens organisieren.
Wie mit SmartSlice die Bautechnik optimiert wird
Das von Teton Simulation entwickelte Software-Plugin SmartSlice für Ultimaker Cura wurde verwendet, um die Leistung im Betrieb zu überprüfen und die Druckeinstellungen für die Form zu optimieren. Mit SmartSlice können Sie sicherstellen, dass das gedruckte Teil Ihren Leistungsanforderungen entspricht und diese auch erfüllt. Die Druckzeit und der Materialverbrauch konnten damit ebenfalls minimiert werden.
LUVOCOM 3F PET CF 9780 BK wurde aus der Materialdatenbank von SmartSlice ausgewählt und die Leistungsanforderungen sowie die Anwendungsfälle definiert. Danach wurde eine Build-Orientierungsstudie durchgeführt. Mit diesem Vorgang wurde bestimmt, welche Build-Orientierung die beste Leistung bei Verwendung der geringsten Materialmenge bietet. Es standen die drei Bauausrichtungen Seite, Rücken und aufrecht im Fokus. SmartSlice ermittelte die beste Wahl in Hinblick auf Druckzeit und Materialverbrauch. Das Ergebnis: Die aufrechte Ausrichtung eignet sich für das Vorhaben am besten.
Im darauffolgenden Schritt untersuchte SmartSlice die Ausrichtung des aufrechten Aufbaus genauer. Die Validierung und Optimierung durch das Software-Plugin für Ultimaker Cura dauerte etwa eine Stunde. Die Druckzeit und der Materialverbrauch konnten gegenüber dem Standarddruckprofil deutlich gesenkt werden.
Vorteile des (neuen) Fertigungsverfahren für adViva
Von gegenwärtig 100 Drucken pro Monat – seitens adViva – errechnet sich aus dem (neuen) Fertigungsverfahren eine Einsparung von 50 Tagen. Beim Materialaufwand kann adViva über 13,2 Kilogramm Material pro Jahr einsparen. Darauf ergibt sich im Umkehrschluss wiederum eine Steigerung des Maschinendurchsatzes in Höhe von 70 zusätzlichen Formen pro Jahr.
Mit der Kooperation zwischen Teton Simulation, Ultimaker und der LEHVOSS Group konnte adViva viele Optimierungspotenziale in der Produktion umsetzen.
Wenn Sie 3D-Druck mit Fused Filament Fabrication einsetzen, können Sie sich die Vorteile wie die Einsparung von Material- und Zusatzkosten sowie die schnelleren Produktionsgeschwindigkeiten zunutze machen. Qualitätsverluste müssen Sie dabei nicht in Kauf nehmen.
