Case Study NEO3D: 3D-Druck – die Fertigungstechnik der Zukunft

Das Unternehmen NEO3D stellt maßgeschneiderte Prothesen und orthopädische Produkte

mittels 3D-Druck und 3D-Scan her.

Der Gründer des Startups NEO3D, Noel Blättler, hatte in seiner anfänglichen

Erfahrung mit der additiven Fertigung eine schnelle Erkenntnis: Der 3D-Druck hat das

Potenzial die Zukunft der Fertigungsbranche zu sein. Noel Blättler suchte nach einer

Technologie, die es ihm ermöglicht, maßgeschneiderte und kundenspezifische

Produkte mit geringem Aufwand zu produzieren. Dabei stieß er auf die Technologie

des 3D-Drucks und erkannte, welche vielfältigen Möglichkeiten der 3D-Druck bietet.

Der Gründer ergänzte die Schwerpunkte seines jungen Unternehmens um die 3D-

Druck-Auftragsfertigung, CAD-Dienstleistungen, 3D-Modellierungen und 3D-Scannig.

Den Fokus setzte er vor allem auf medizinische Anwendungen, wobei die individuelle

Produktion für Orthopädie-Technik im Vordergrund steht.

Für die praktische Umsetzung wandte sich der Gründer Noel Blättler an die 3D-Druck

Experten von 3D-MODEL. Nach ausführlicher Beratung zu den verschiedenen 3D-

Druckern im Angebot von 3D-MODEL fand Noel Blättler die optimale Maschine für

seine Anwendung – den Fuse 1 3D-Drucker mit dem Fuse Sift von Formlabs.

Nachdem 3D-MODEL den neuen Fuse 1 direkt am Standort von NEO3D in der

Schweiz installierte und in einem Training vor Ort die Funktionsweise sowie die

Bedienung des 3D-Druckers genau erläuterte, konnte der Fuse 1 direkt in Betrieb

genommen werden.

Diese maßgeschneiderte Knöchelorthese wurde von NEO3D mit dem Formlabs Fuse 1 3D-

Drucker angefertigt.

Am Beispiel einer maßgefertigten Knöchel-Orthese kann der gesamte

Fertigungsprozess von NEO3D unter Einbeziehung der verwendeten Produkte

insbesondere des Fuse 1 3D-Druckers dargestellt werden:

1. Schritt: Einscannen des Knöchels

Im ersten Schritt der Orthesenherstellung wird der Knöchel des Patienten von NEO3D

3D-gescannt.

Für die individuelle Maßanfertigung des 3D-Druckteils wird zuerst der Knöchel des

Patienten mit einem 3D-Scanner erfasst, um die passgenaue Orthese herstellen zu

können.

Hierfür eignen sich beispielsweise die handgeführten 3D-Scanner Artec Eva, Artec Leo

oder Artec Space Spider optimal. Neben vielen weiteren Vorteilen überzeugen diese

3D-Scanner vor allem mit ihrer Benutzerfreundlichkeit, ihrer Schnelligkeit und ihrer

außerordentlichen Genauigkeit.

2. Schritt: Modellierung in Geomagic Freeform

Modellierung der Knöchelorthese mit Hilfe der Software Geomagic Freeform.

Die Scandaten können direkt nach der Erfassung transformiert und in der Software

Geomagic Freeform modelliert werden. Dabei besteht durch die Software die

Möglichkeit, die virtuelle Modelliermasse zu formen und je nach Anforderung etwas

auf- oder abzutragen. Für Noel Blättler liegt der klare Vorteil von Geomagic Freeform

in der simplen Bedienung und Benutzerfreundlichkeit, die es selbst Laien einfach

macht mit der Software zu arbeiten.

3. Schritt: Platzierung der Modelle in PreForm

In der Druckervorbereitungssoftware PreForm von Formlabs kann der Benutzer seine

Bauteile virtuell im 3D-Drucker platzieren und so den Druck planen. Anschließend

werden die Modelle auf den 3D-Drucker geladen, um den 3D-Druck zu starten.

Virtuelle Anordnung der herzustellenden Fabrikate in der Baukammer des 3D-Druckers

4. Schritt: Vorbereitung des Fuse 1

Damit der Fuse 1 3D-Drucker drucken kann, muss dieser zuerst vorbereitet werden.

Dazu muss als erstes Pulver zum 3D-Drucker hinzugefügt werden. Aktuell stehen für

den Formlabs Fuse 1 die Materialien Nylon 11 und Nylon 12 zur Verfügung.

Teile aus Nylon 11 sind sehr langlebig und verschleißfest, wodurch sich das Material

perfekt für schlagfeste Prototypen, Halterungen, Vorrichtungen, Einrastelemente,

Klammern und Scharniere, dünnwandige Kanäle und Gehäuse sowie Orthetik und

Prothetik eignet. Teile aus Nylon 12 sind besonders robust und umweltbeständig,

weshalb der Werkstoff vor allem in der Produktion von hochleistungsfähigen

Prototypen, permanenten Haltevorrichtungen, Vorrichtungen und

Werkzeugausstattungen, Kleinserien sowie biokompatiblen, sterilisierbaren Teilen

zum Einsatz kommt. Das Unternehmen NEO3D nutzt das Material Nylon 12 bei der

Fertigung.

Als zweites wird bei der Vorbereitung des 3D-Druckers eine saubere optische Kassette

sowie die Baukammer eingesetzt.

Zuletzt werden finale Überprüfungen vor dem 3D-Druck durchgeführt.

Anwender Noel Blättler ist begeistert vom Formlabs Fuse 1 3D-Drucker: „Im Vergleich

zu klassischen FDM-3D-Druckern ist der Aufwand bemerkenswert gering. Es handelt

sich lediglich um fünf bis zehn Minuten Vorbereitung.“

Vier Schritte der Druckvorbereitung: Pulverhinzugabe, Einsetzen der Optischen Kassette,

Einsetzen der Baukammer sowie finale Überprüfungen

5. Schritt: 3D-Druck

3D-Druck mit dem Formlabs Fuse 1, eingeleitet durch Noel Blättler, Gründer von NEO3D

Der Fuse 1 druckt im nächsten Schritt das gewünschte Teil.

6. Schritt: Nachbearbeitung im Fuse Sift

Nach dem 3D-Druck können die fertigen Bauteile im Fuse Sift nachbearbeitet werden.

Unterdruck sorgt dafür, dass die Reinigung unkompliziert erfolgen kann, da das Pulver

im Innenraum bleibt. Nicht genutztes Pulver kann so direkt aufgefangen und in die

Mischstation zurückgeführt werden. Ein großer Vorteil des Fuse Sift ist daher, dass der

Arbeitsplatz sauber bleibt und überschüssiges Pulver weiterverwendet werden kann.

Des Weiteren betont der Anwender Noel Blättler auch, dass ihm die

Steuerbarkeitsfunktion des Fuse 1 über den Mix von neuem und wiederverwendetem

Pulver zusagt.

Noel Blättler nutzt zur Nachbearbeitung der 3D-Druck Fabrikate den Formlabs Fuse Sift

7. Schritt: Nachbearbeitung Sandstrahlen

Ein optionaler Nachbearbeitungsschritt ist das Sandstrahlen, welches NEO3D für die

Enfernung von Pulverrückständen einsetzt.

Je nach Anwendung können noch weitere Nachbearbeitungsschritte sinnvoll für ein

hochqualitatives Ergebnis des 3D-Druckteils sein. NEO3D setzt hier auf Sandstrahlen,

um die 3D-Druckerzeugnisse von den Resten des Nylon 12 Pulvers zu befreien und

die Teile so für den letzten Schritt, die Lackierung vorzubereiten. Dabei werden die

Teile mit einem Strahldruck von bis zu 8 Bar sandgestrahlt und so äußerst schnell

gereinigt.

8. Schritt: Lackieren

Zuletzt lackiert der Gründer Noel Blättler seine Teile mit einem Speziallack, um die

hohen Anforderungen an die 3D-Druckteile im medizinischen Sektor zu erfüllen. Bei

der Lackierung beträgt der Arbeitsdruck 2-4 Bar.

Lackierungsvorgang der fertiggestellten Knöchelorthese und fertiges Endprodukt

Hat die Knöchel-Orthese diese acht Schritte durchlaufen ist sie fertiggestellt und kann

dem Patienten gezeigt werden.

Weitere Projekte

Neben einer Knöchel-Orthese gibt es viele weitere Anwendungsfälle in der Orthopädie.

Beispielsweise hat NEO3D bereits einen Mundprotektor gefertigt für einen Patienten

mit geistiger Einschränkung, welcher sich stetig in den Mund fassen will. Bei diesem

Fall bot der 3D-Druck außer der individuellen Fertigung den Vorteil, dass die Lattice

Struktur um den Mundbereich durch den SLS-Druck extrem stabil ist und die Atmung

nicht einschränkt.

3D-gedruckter Mundprotektor für Patienten mit geistiger Einschränkung

Neben der Knöchel-Orthese und dem Mundprotektor konnten viele weitere

Applikationen umgesetzt werden. Zu diesen Applikationen gehören funktionelle

Prototypen in der Produktentwicklung, individueller 3D-Druckservice für Privatkunden,

Serienfertigungen für externe Firmen in mittleren Auflagen sowie Negativ-Formen für

den Formenbau. Nachfolgend sind einige Beispiele der diversen Projekte von NEO3D

aufgeführt. So wurden beispielsweise angepasste Sandaletten entwickelt, welche,

neben moderner Optik, die Fußfehlstellung der Trägerin korrigieren.

3D-gedruckte Sandaletten für ergonomisches Laufen

NEO3D Sandaletten in Benutzung

Ebenfalls hat NEO3D einen Protektor-Helm für einen Kunden maßgeschneidert.

Durch 3D-Scan und 3D-Druck maßgeschneiderter Protektor-Helm

Auch patientenorientierte Schienen, für optimalen Tragekomfort und schnelle

Heilungsprozesse, stellen für NEO3D kein Problem dar.

3D-gedruckte Schiene

Philipp Binkert, CEO und Gründer von 3D-MODEL, meint zur Anwendung des Fuse 1

3D-Druckers im Unternehmen NEO3D: „Es sind die 3D-Druckanwender selbst, die mit

ihrer individuellen Anwendung die Technologie des 3D-Drucks zur Innovation

machen.“

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Anwendungen für den SLS 3D-Druck auf dem Fuse 1 sowie Einblicke in die Praxis

eines Anwenders“ an, indem unsere Fachexperten von 3D-MODEL und Formlabs

nochmals auf den Fuse 1 und seine Materialien eingehen und der Gründer Noel

Blättler von der Anwendung in seinem Unternehmen NEO3D berichtet.

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