Serienfertigung im 3D-Druck: MAKRA PRO zeigt mit dem Patiententracker, was heute möglich und wirtschaftlich ist

Den 3D-Druck sucht man hier bisher in den allermeisten Fällen vergebens.

Die rasante Entwicklung der letzten Jahre hat den 3D-Druck serienreif gemacht

Der 3D-Druck ist im Vergleich zu den bereits genannten ein sehr junges Verfahren. Lange wurde er in erster Linie für Prototypen, Muster, Kleinstserien oder auch Kunstgegenstände gesetzt. Für die Großserienfertigung war er lange einfach zu teuer und langsam. Auch erreichten die Druckergebnisse lange nicht die von den etablierten Verfahren gewohnten Standards in puncto Präzision, Langlebigkeit, UV-Beständigkeit oder bei den Biege- und Bruchfestigkeiten.

Doch der 3D-Druck hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt: Mit der Fused Filament Fabrication (FFF), der Stereolithografie (SLA) und dem selektiven Lasersintern (SLS) stehen eine ganze Reihe unterschiedlicher, technisch ausgereifter Verfahren samt passender Materialien zur Auswahl. Wie bei allen Fertigungsverfahren hat auch jede 3D-Druck-Technologie ihren eigenen Anwendungsbereich.

Die Vorteile des 3D-Drucks in der Serienproduktion

Komplexe Geometrien: Hinterschneidungen und filigrane Strukturen sind im 3D-Druck kein Problem. So lassen sich Teile, die in anderen Verfahren unmöglich wären, zuverlässig und wirtschaftlich herstellen – und das in einem Stück.

Extrem hohe Flexibilität: Während der laufenden Produktion Änderungen in die Serie einfließen zu lassen oder unterschiedliche Produkte in einer Linie zu fertigen, ist in der klassischen Großserienfertigung praktisch unmöglich.  Beim 3D-Druck ist das kein Problem, da hier nur die Druckdaten und eventuell das Material getauscht werden müssen.

Wegfall teurer Formen und Werkzeuge: Der 3D-Druck benötigt keine Formen oder Werkzeuge. Damit lassen sich auch kleine Serien wirtschaftlich fertigen.

Einfache Skalierbarkeit: Muss die Produktionsmenge gesteigert werden, müssen keine neuen Formen und Werkzeuge angeschafft werden. Es reicht, einen weiteren, baugleichen Drucker in Betrieb zu nehmen.

Der Patiententracker: Medizintechnik in Serie, gedruckt in 3D

Für bestimmte medizinische Diagnosen und Behandlungen müssen kontinuierlich bestimmte Vitaldaten der behandelten Person erfasst werden. Für diese Aufgabe kommen Patiententracker zum Einsatz.  MAKRO PRO fertigt diese mittels 3D-Druck in Serie. Einer der Gründe dafür ist deren hinterschnittige und filigrane Form, die sich nicht ohne Weiteres in klassischen Verfahren wie dem Spritzguss herstellen lässt. Weil die Bauteile am Rücken des Patienten aufgelegt werden, spielt die Hautverträglichkeit des verwendeten Materials eine entscheidende Rolle. Deshalb fiel die Entscheidung auf eine Fertigung im SLA-Verfahren auf dem Drucker Form 3B im Material BioMed Black von Formlabs.

Einfach von 20.000 auf 60.000 Teile Jahresproduktion skalierbar

Der Wunsch des Kunden, den Patiententracker in deutlich höheren Stückzahlen zu fertigen, zunächst etwa 20.000 Teile pro Jahr, mit einem geplanten Ramp-up auf bis zu 60.000 Teile jährlich, stellte sich die Frage nach dem Druckverfahren erneut. Bei diesen Stückzahlen wäre die Fertigung im SLA-Verfahren zwar grundsätzlich möglich, würde aber eine entsprechend hohe Anzahl an Anlagen und gleichzeitig deutlich mehr Manpower erfordern. Deshalb hat MAKRA PRO für diese Anwendung die Fertigung im SLS-Verfahren weiterentwickelt und auf eine möglichst effiziente Serienproduktion ausgelegt: Der Patiententracker wird jetzt auf einem Drucker vom Typ Fuse 1+ mit dem Material PA12 Tough gefertigt. Pro Bauraum entstehen rund 80 Stück davon.

Den 3D-Druck als Teil eines Gesamtprozesses betrachten

Wie bei anderen Fertigungsverfahren auch, ist der eigentliche 3D-Druck nur ein Teil des Gesamtprozesses: Fertigungsschritte wie die Nachbearbeitung oder das Handling müssen ebenfalls eingeplant werden. Gerade bei sehr filigranen Bauteilen besteht eine der Herausforderungen darin, Beschädigungen und Abbrüche während der Produktion und Nachbearbeitung zu vermeiden.

Um das sicherzustellen, müssen zahlreiche Parameter abgestimmt werden. Das beginnt bereits bei der Ausrichtung der Bauteile im 3D-Drucker und zieht sich durch den gesamten Herstellungsprozess bis zur Entpulverung und Nachbearbeitung. Jeder einzelne Handgriff zählt, wenn es darum geht, effizient zu arbeiten und gleichzeitig eine konstant hohe Bauteilqualität sicherzustellen.

Das gilt auch für die automatisierte Nachbearbeitung: Welche Drehzahl wird verwendet? Wie intensiv darf gestrahlt werden? Wie lange müssen die Teile bearbeitet werden? All diese Parameter müssen so eingestellt sein, dass die Sinterschicht zuverlässig abgetragen wird, ohne die filigranen Bauteile zu beschädigen.

Auch die Aufbewahrung und der Transport der fertigen Patiententracker mussten berücksichtigt werden. Die Bauteile besitzen eine sehr filigrane Brückenverbindung, die entsprechend geschützt werden muss. Dafür hat MAKRA PRO eine eigene Umlaufverpackung entwickelt und fertigt diese im FFF-Verfahren. Darin können die Patiententracker sicher transportiert und gelagert werden. Anschließend werden die Verpackungen gereinigt, wieder an MAKRA PRO zurückgeführt und wiederverwendet. Das reduziert den Bedarf an Einwegverpackungen.

Fazit: Das Projekt „Patiententracker“ zeigt sehr deutlich, dass der 3D-Druck nicht nur für die Serienfertigung geeignet ist, sondern bestimmte Bauteile erst möglich macht. Entscheidend für die Qualität und Wirtschaftlichkeit ist, den gesamten Prozess – vom geeigneten Verfahren und Material über die Ausrichtung und Fertigung bis zur Nachbearbeitung, Verpackung und Logistik – auf die jeweilige Anwendung und die benötigte Stückzahl abzustimmen. Aber das ist eine Überlegung, die für jede Serienfertigung getroffen werden muss.

Mehr unter dazu unter makra-pro.de