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Der Einfluss vom 3D Druck im Kampf gegen den Coronavirus

Wie die 3D-Drucktechnologie bei der Bekämpfung des Covid-19 Virus helfen kann, Leben zu retten und wie Anwendungen konkret aussehen. [UPDATED] Stand 16.04.2020
ZUM ARTIKEL

AUS GEGEBENEM ANLASS

Die aktuelle Situation ist in jederlei Hinsicht befremdlich. Wir sind wohl stärker denn je aufgefordert durch Solidarität und zugleich einem strickten Rückzug gemeinsam eine Krise zu bewältigen. Und zwar nicht nur vor der eigenen Haustür. Global wird sich vieles verändern und das Engagement jedes Einzelnen einfordern.

Gerade darum ist es wichtiger denn je, sich dafür einzusetzen, Wege zu finden, kreative Ideen entwickeln zu können, die Probleme, die durch diese Krise entstehen zu lösen.

Aus diesem Grund wollen wir auf dieser Sonderseite die aktuellen Ereignisse, die sich um den Coronavirus und 3D-Druck drehen, behandeln. Täglich entstehen neue Projekte und Anforderungen, daher versuchen wir diese Seite regelmäßig zu aktualisieren.

Wenn Sie selber Ideen haben geben Sie uns hier Bescheid. Wir können beim Druck und der Realisierung unterstützen.

Allgemeine Informationen zu der COVID-19-Pandemie finden Sie auf der Website der Weltgesundheits-organisation.

Herausforderung und Chance des SLS 3D Drucks

Welche Auswirkungen wird die aktuelle Covid-19-Pandemie auf die additive Fertigung als Industrie haben?

Selbstverständlich geht es aktuell darum alle vorhandenen Ressourcen zu nutzen um kurzfristige Lösungen zu finden. Die langfristigen Auswirkungen auf die Anwendungsvielfalt der additiven Fertigung sind noch nicht abzusehen, aber es zeigen sich bereits die Vorteile, dezentral ‚über Nacht‘ Bauteile herstellen zu können.

Die Anwendungen auf dieser Seite zeigen die generellen Vorteile des 3D Drucks auf, unabhängig um welche Technologie (z.B. FDM/FFF, SLA/DLP oder SLS) handelt. Gerade an den Stellen an denen ganze Kleinserien in kürzester Zeit benötigt werden, Präzision, Stabilität der Bauteile und übermäßige Nachbearbeitung (wie das Entfernen von Stützstrukturen beim Druck) nicht gewünscht sind, zeigt das selektive Lasersintern seine klaren Vorteile.

Die Anwendungsbereiche kann man in folgende drei Kategorien einteilen:

 

1. Bridge Manufacturing – Überbrückung von Lieferengpässen

3D-Druck kann gerade jetzt eine Rolle bei der Unterstützung industrieller Lieferketten spielen, welche von Beschränkungen der traditionellen Produktion und dem Import betroffen sind. 

2. Herstellung von Ersatzteilen und Kleinserien

Da sich das Virus weltweit weiter ausbreitet und somit Lieferketten an vielen Stellen unterbrochen werden, kann die additive Fertigung durch Einfallsreichtums und Designfähigkeiten helfen und Betroffene unterstützen. Genau dies war der Fall, als ein norditalienisches Krankenhaus ein Ersatzventil für ein Beatmungsgerät benötigte und der Lieferant keine Möglichkeit mehr hatte, in kurzer Zeit Ersatz zu leisten.

3. Rapid Protyping 

Völlig neue Konstruktionen, aber auch Bauteile die durch reverse engineering (Erstellung einer CAD Konstruktion auf Basis eines bereits physisch vorhandenen Bauteils) erstellt wurden, müssen vor dem Einsatz getestet werden.

Ist das Bauteil kompatibel mit einer herkömmlichen Sterilisationslösung im medizinischen Bereich?

Passen die Maße wenn das Bauteile an eine bestehende Mechanik angeschlossen werden soll?

Ist das Risiko gering genug, bzw. abschätzbar für den Patienten?

All diese Fragen müssen vorab geklärt werden. Rapid Prototyping liefert Muster ‚über Nacht‘ und lässt einen iterativen Design Workflow in kürzester Zeit möglich werden lassen.


1. SLS 3D-Druck hilft Medizinern im OP: Adapter für Schutzmasken entwickelt von SLS3D

2. Sinterit Lisa im Einsatz um Medizinische Ersatzteile herzustellen

Das 3D-Labor des Parc Taulí hat sich der Networking-Initiative der globalen 3D Druck Community zur Bekämpfung der Coronavirus SARS-CoV-2-Pandemie angeschlossen, um dringend benötigte Bauteile verfügbar zu machen.

Als Expertenzentrum für medizinische 3D-Druckanwendungen wurde der klinische Nutzen der Teile validiert und der Katalog mit den technischen Konstruktionsparametern, Materialanforderungen und Druckparametern der 3D-Community zur Verfügung gestellt. 

Jedes validierte Bauteil kann als STL Datei kostenlos heruntergeladen und verwendet werden.

3. 3D-Druck rettet Leben in Italien

Eines der größten unmittelbaren Probleme, die das Coronavirus verursacht, ist die große Anzahl von Personen, die eine intensive Pflege sowie Sauerstoffversorgung benötigen.
Ein Krankenhaus in Brescia, in der Nähe einer der am stärksten betroffenen Regionen in der Lombardei, benötigte dringend Ventile für Intensivgeräte, da diese nicht mehr durch den Lieferanten kurzfristig bereitgestellt werden konnten. Die Lage war so dramatisch, dass einige Menschen möglicherweise ihr Leben verloren hätten, hätte es nicht den Aufruf gegeben, die Ventile mittels additiver Fertigung herstellen zu können.

Christian Fracassi, Gründer-CEO von Isinnova (links), entwarf das fehlende Ventil und druckte es in 3D

links: Originalbauteil; rechts: 3D-gedruckte Kopie (Bild © Lonati SpA)

bereits eingesetzte Bauteile, hergestellt durch selektives Lasersintern (Bild © Lonati SpA).

Hilfe für Covid-19-Patienten: Lebensretter aus dem 3D-Drucker

von SWR2 Impuls, SWR2 | Sendung vom Fr, 20.3.2020 16:05 Uhr

SLS Bauteile (Bild © Lonati SpA).

Eine physikalische Simulation wurde veröffentlicht, die den Sauerstofffluss in Revision 4 der lebensrettenden Venturi-Düse von Filip Kober für Beatmungsgeräte in COVID-19-Behandlung zeigt.

4. Notfallbeatmungsgerät mit 3D gedruckten Teilen

In Spanien hat sich eine Allianz zwischen dem Consorci de la Zona Franca (CZFB), HP, Leitat (Technologiezentrum) zusammen mit CatSalut über das Consorci Sanitari de Terrassa (CST) und dem Hospital Parc Taulí de Sabadell entwickelt. Zusammen wurde das erste industrialisierte 3D-gedruckte Notfall-Beatmungsgerät entwickelt, welches Krankenhäuser und Intensivstationen unterstützt.

Das Gerät ist eine mechanische Beutelventilmaske (BVM), die zur kurzfristigen Notfallbeatmung von COVID-19-Patienten verwendet werden kann.

Als Reaktion auf die rasche Ausbreitung des COVID-19-Virus, die zu einem Mangel an medizinischen Geräten geführt hat, insbesondere an Atemschutzgeräten, die für die Rettung des Patientenlebens in diesem Notfall unerlässlich sind, hat Leitat ein in 3D hergestelltes Atemschutzgerät entwickelt, das es diesem Gesundheitssystem ermöglicht zur Verfügung gestellt zu werden.

Dank der 3D-Technologie und der Fachkenntnisse der Allianz, sowohl beim Design als auch beim Prototyping, wurde die Funktionalität dieses ersten Modells des weitgehend 3D-gedruckten Notfall-Beatmungsgeräts entwickelt und getestet. Dieses Gerät hat den Vorteil, industriell skalierbar zu sein, so dass die Produktionskapazität von 50 bis 100 Einheiten pro Tag innerhalb kürzester Zeit erreicht werden kann.

Weiteres Beispiel für einen Open Source Ansatz

Entstanden an der Hochschule Trier für den #WirvsVirus Hackathon der Bundesregierung. Mehr im Video und hier

5. TÜRAUFSATZ GEGEN AUSBREITUNG VON COVID-19

Türklinken können ein Kontaminationsrisiko in Zeiten von Corona darstellen. Für dieses Problem hat das belgische Unternehmen Materialise einen speziellen Aufsatz für Türgriffe konstruiert, der sich mittels 3D-Druck anfertigen lässt und es ermöglicht, Türen nur mit dem Unterarm zu öffnen und zu schließen. So ist kein direkter Kontakt mit der Tür beziehungsweise dem Türgriff nötig. Das druckbare Design steht auf der Website von Materialise kostenlos zur Verfügung. Der Aufsatz kann direkt am Türgriff angebracht und mittels konstruierter Löcher befestigt werden. Das aktuelle 3D-Modell ist auf typischen zylindrischen Türgriffe ausgelegt, die man vor allem aus Büros und öffentlichen Gebäuden kennt. Geplant seien aber bereits weitere CAD-Designs, die mit unterschiedlichen 3D-Druckverfahren hergestellt werden können, so das Unternehmen.

Die Idee für den Griffaufsatz sei bei einer internen Besprechung über Maßnahmen zum Schutz von Mitarbeitern und Besuchern vor dem Coronavirus entstanden. Schnell sei klar gewesen, dass mehr Menschen von diesem speziellen Design profitieren könnten, heißt es bei Materialise.

„Indem das Design dann digital verfügbar gemacht wird, kann es überall auf 3D-Druckern produziert werden und ist in wenigen Stunden weltweit erhältlich. In diesem Fall haben wir das Produkt in Belgien entwickelt und Menschen in China, Europa oder den USA können den Türöffner jetzt in 3D lokal drucken“, sagt Materialise-Chef Fried Vancraen.

Kleinserie: SLS vs. FDM

Bei der Druckvorbereitung zeigt sich im jeweiligen Slicer die Vorteile der verschiedenen Technologien. Während der Druck im FDM Verfahren fast 4 Stunden pro Bauteil benötigt, benötigt die Fertigung auf unserer XYZPrinting Industrieanlage weniger als halb so viel Zeit.

Damit eignet sich das selektive Lasersintern für die Fertigung von kleinen Serien in nur wenigen Tagen.

Screenshot aus Slicing-Software XYZWare für den SLS Drucker XYZprinting MfgPro230 xS. Druckzeit pro Bauteil (hochgerechnet) ca. 50 min. bei 32 Bauteilen im Bauraum. Gesamtdruckzeit ca. 26 Std. (inkl. Abkühlzeit).
Schichthöhe 100µm, Infill 100%

Screenshot aus Slicing-Software Cura für den FDM Drucker Ultimaker 3. Druckzeit pro Bauteil (hochgerechnet) ca. 3,5 Std. bei 5 Bauteilen im Bauraum. Gesamtdruckzeit ca. 16 Std. (ohne Stützstrukturentfernung).
Schichthöhe 200µm, Infill 20%

6. 3D-gedruckter Gesichtsschutz

Im Kampf gegen das neuartige Coronavirus hat die Polytechnic University in Hongkong einen 3D-gedruckten Gesichtsschutz vorgestellt. Die Universität beschloss ein eigenes Design für einen 3D-gefertigten Gesichtsschutz zu realisieren. Hierbei handelt es sich um eine Halterung für ein Schild, welches vor dem Gesicht montiert wird. Dadurch kann u.a. medizinisches Personal geschützt werden. Geplant ist bereits jetzt, Ende März mehrere tausend dieser Gesichtschutze pro Tag herzustellen und an Krankenhäuser und medizinisches Fachpersonal zu senden.

Einen ähnlichen Gesichtsschutz stellt die Forschungseinrichtung des Verbunds DRESDEN-concepts mittlerweile her. So sollen u.a. Engpässe bei medizinischem Material in der Coronakrise minimiert und mittels der additiven Fertigung medizinische Ersatzteile, Bauteile für Beatmungsmaschinen oder Kunststoff-Visiere gedruckt werden.

Das Team des tschechische 3D-Druckhersteller Prusa Research orientierte sich an Designs von Gesichtsschutzschilden, die es bereits online zu finden gibt, verbesserte diese aber hingehend für einen einfacheren 3D-Druck. Mittlerweile liefert das Unternehmen täglich mehrere hundert Stück für das tschechische Gesundheitssystem aus. Der Gesichtsschutz steht online als STL-Datei kostenlos zur Verfügung.

Quelle: https://www.prusa3d.com/covid19/

Quelle: Polytechnic University HongKong, Foto: K.Y. Cheng

Kleinserie: SLS vs. FDM

Bei der Druckvorbereitung zeigt sich im jeweiligen Slicer die Vorteile der verschiedenen Technologien. Während der Druck im FDM Verfahren fast 4 Stunden pro Bauteil benötigt, benötigt die Fertigung auf unserer XYZPrinting Industrieanlage weniger als halb so viel Zeit.

Damit eignet sich das selektive Lasersintern für die Fertigung von kleinen Serien in nur wenigen Tagen.

Screenshot aus Slicing-Software XYZWare für den SLS Drucker XYZprinting MfgPro230 xS. Druckzeit pro Bauteil (hochgerechnet) ca. 1,5 Std. bei 14 Bauteilen im Bauraum. Gesamtdruckzeit ca. 20 Std. (inkl. Abkühlzeit).
Schichthöhe 100µm, Infill 100%

Screenshot aus Slicing-Software Cura für den FDM Drucker Ultimaker 3. Druckzeit pro Bauteil (hochgerechnet) ca. 3 Std 45min bei 4 Bauteilen im Bauraum. Gesamtdruckzeit ca. 15 Std. (ohne Stützstrukturentfernung).
Schichthöhe 200µm, Infill 20%

Sinterit Gesichtsschutz – SLS 3D-Druck optimiert

Ein großes Problem bei den meisten Faceshield-Modellen ist die verhältnismäßig lange Druckzeit, insbesondere da ein Großteil der 3D-Drucke mit dem am weitesten verbreitetsten FDM-Verfahren hergestellt wird.

Um innerhalb von wenigen Tagen eine große Anzahl Faceshields zu produzieren hat Sinterit ein einfaches Design erstellt, welches für den Druck im dreidimensionalen Bauraum eines SLS 3D-Druckers ausgelegt ist.

Damit lassen sich ca. 36-37 Schutzmasken am Tag fertigen 

Was für den Druck benötigt wird:

  • einen SLS 3D-Drucker (zB. Lisa oder Lisa PRO)
  • PA12 Pulver
  • A4-Vinylfolien mit einer Dicke von ca. 0,1 mm (z.B. Laminierfolie). Generell muss die Folie nur transparent und steif genug sein

Der Schutz kann an jeder Brille befestigt werden – entweder an einer Schutzbrille oder an einer normalen Brille.

Quelle: Sinterit

Screenshot aus Slicing-Software Sinterit Studio 2019 für den SLS Drucker Sinterit Lisa Pro. Druckzeit pro Clip + 2 x Befestigungsring (hochgerechnet) ca. 20 min bei 310 Clips im Bauraum. Gesamtdruckzeit ca. 102 Std. (inkl. Abkühlzeit).
Schichthöhe 100µm, Infill 100%

Quelle: Sinterit

Mit SLS 3D gegen das Coronavirus

Auch wir versuchen bewusst und effektiv mit dem Thema umzugehen, um unsere Mitarbeiter und Kunden zu schützen. Aus diesem Grund herrschen auch bei uns verschärfte Sicherheitsvorkehrungen.

Wir sind weiterhin für Sie erreichbar. Zugleich stehen wir in sehr engem Kontakt mit unseren Lieferanten und den Herstellern der Anlagen. Wir stehen unseren Partnern vor Ort in dieser intensiven Zeit zur Seite.

Gern beraten wir Sie individuell und abgestimmt zu den aktuellen Möglichkeiten des selektiven Lasersinterns zum Schutz gegen Covid-19. Auch kurzfristige Druckaufträge sind möglich.

Bauteil gefertigt auf dem Sinterit Lisa Pro SLS Kompaktsystem

Wichtiger Hinweis:

Die hier vorgestellten Anwendungen sollen lediglich als Inspiration dienen. Bitte beachten Sie vor der Verwendung der Druckdateien, dass keine Rechte Dritter verletzt werden, die Anforderungen an Medizinprodukte sowohl aus Sicherheitsperspektive, wie auch aus Sicht der Zertifizierung nicht verletzt werden. Vor dem Einsatz z.B. eigenständig gefertigter Beatmungshilfen, sollte mit medizinischen Fachpersonal eine Eignung auf Funktion und Sicherheit abgeklärt, werden um einen Patienten nicht zusätzlich zu gefährden. Wir übernehmen keine Haftung für die Inhalte und Konstruktionen, der auf dieser Seite verlinkten Beispiele.
Bei Unklarheiten können Sie sich gerne an uns wenden. Wir versuchen Sie bestmöglich zu unterstützen.

Besonderer Hinweis zu Atemmasken:

Bitte achten Sie darauf, dass Atemmasken Luftundurchlässig sein müssen um einen wirklich Schutz zu gewährleisten. Da dies bei den meisten 3D gedruckten Versionen nicht der Fall ist, sind auf dieser Seite keine Beispiele verlinkt. Luft darf lediglich durch den Filter einströmen. Bei unzureichender Sauerstoffzufuhr kann eine gefährliche CO2 Konzentration erreicht werden.
Im Zweifelsfall sind selbstgenähte Variante aus Baumwolle zu bevorzugen da diese bei 60° bzw. 90° gewaschen werden können.

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Über sLS 3D

Wir verstehen uns als zuverlässiger Partner für Themen rund um die pulverbasierte additiver Fertigung (Lasersintern & Laserschmelzen). Unser Team besteht aus erfahrenen Ingenieuren, Technikern & Produktdesigner mit langjähriger Erfahrung in der additiven Fertigung - als Anwender und Berater.

Wir unterstützen Sie mit Fachwissen und passenden Produktlösungen zum Einsatz und zukunfsorientierter Anwendung von 3D-Druck in Industriequalität.

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