Bausch+Ströbel optimiert mit Additiver Fertigung Anlagen in der Pharmazie

Die neu entwickelte und im PBF-LB-Verfahren hergestellte Stopfenbahn zeichnet sich durch geringeres Gewicht und verbesserte Eigenschaften aus.

Anwender: Bausch+Ströbel

Bausch+Ströbel SE + Co. KG mit Hauptsitz in Ilshofen gehört zu den weltweit führenden Herstellern von Abfüll- und Verpackungsanlagen für die pharmazeutische Industrie. Das 1967 gegründete Familienunternehmen entwickelt und produziert Maschinen und komplette Linien für die Verarbeitung von Vials, Ampullen, Spritzen, Karpulen und weiteren pharmazeutischen Primärpackmitteln. Das Portfolio reicht von Labormaschinen bis zu Hochleistungsanlagen für die aseptische Arzneimittelproduktion. Heute beschäftigt Bausch+Ströbel weltweit rund 3.100 Mitarbeiter und erwirtschaftet einen Jahresumsatz von 464 Mio. Euro. Das Unternehmen ist in mehr als 50 Ländern vertreten, seine Anlagen sind in über 100 Ländern im Einsatz. Insgesamt wurden bislang mehr als 17.000 Maschinen installiert. Mit seinem Fokus auf Prozesssicherheit, Qualität und Innovation zählt Bausch+Ströbel zu den technologischen Taktgebern der internationalen Pharmaproduktion.

Bausch+Ströbel SE + Co. KG
Parkstra?e 1
D-74532 Ilshofen
https://www.bausch-stroebel.com

Wer Anlagen für die aseptische Abfüllung von Impfstoffen, Biopharmazeutika und anderen Arzneimitteln entwickelt, bewegt sich in einem Umfeld, in dem Zuverlässigkeit, Hygiene und regulatorische Konformität oberste Priorität haben. Neue Technologien müssen hier unter strengsten Bedingungen ihre Leistungsfähigkeit und Eignung unter Beweis stellen. Umso bemerkenswerter ist das Projekt, mit dem Bausch+Ströbel den Exzellenzpreis der rapid.tech 3D gewann.

Das Unternehmen mit Hauptsitz in Ilshofen zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Abfüll- und Verpackungsanlagen für die pharmazeutische Industrie. Mehr als 3.000 Mitarbeitern entwickeln und bauen Maschinen für die Verarbeitung von Spritzen, Ampullen, Vials und Karpulen. Weltweit sind inzwischen über 17.000 Anlagen des Unternehmens im Einsatz. „Wir bauen pharmazeutische Abfülllinien. Wir stellen keine Arzneimittel her und füllen auch nicht selbst ab, sondern wir bauen die Anlagen, auf denen abgefüllt wird“, erläutert Tobias Geiger, Projektleiter bei Bausch+Ströbel. Die Anforderungen an diese Anlagen sind enorm. Bereits kleinste Verunreinigungen können die Produktsicherheit beeinträchtigen. Entsprechend kritisch werden sämtliche produktberührenden und produktnahen Komponenten betrachtet.

Bausch+Ströbel stellt Abfüllanlagen für unterschiedlichste Objekte in der Pharmazie her und zählt zu den Weltmarktführern auf diesem Gebiet.

Vor diesem Hintergrund begann bei Bausch+Ströbel bereits 2020 eine systematische Evaluierung additiver Fertigungstechnologien. Der Fokus lag zunächst auf dem Potenzial von Additive Manufacturing, konkrete Verbesserungen für Maschinen und Kunden zu schaffen. „Wir wollen nicht Teile drucken, damit wir sagen können, wir haben etwas gedruckt. Wir wollen unsere Maschinen verbessern und das Leben unserer Kunden erleichtern“, beschreibt Geiger die Philosophie hinter dem Projekt.   Von der handwerklichen Baugruppe zum Funktionsbauteil

Eine besonders vielversprechende Anwendung fand das interdisziplinäre Projektteam in einer sogenannten Stopfenbahn. Diese Baugruppe sorgt in pharmazeutischen Abfüllanlagen dafür, dass Stopfen aus einem Sortiersystem aufgenommen, transportiert und um 180 Grad gedreht werden, bevor sie in die Vials eingesetzt werden. Die konventionelle Ausführung war technisch anspruchsvoll und aufwendig in der Herstellung. Die Baugruppe bestand aus 13 Einzelteilen und 9 Vorrichtungen. Zahlreiche Vierkantstäbe mussten manuell verschweißt, gerichtet und angepasst werden. Insgesamt waren 92 einzelne Arbeitsgänge erforderlich. „Das sind wirklich Kunsthandwerkteile. Jedes Stück ist ein Unikat. Die Leute, die das fertigen können, verfügen über unglaubliches Know-how. Es gibt nur wenige Kollegen, die solche Teile überhaupt herstellen können“, geht Geiger ins Detail.

Zusammen mit dem Dortmunder Entwicklungsdienstleister Advanced Mechanical Engineering (AME) entstand deshalb ein vollständig neues Konzept. Statt die bestehende Konstruktion lediglich nachzubilden, konzentrierten sich die Entwickler ausschließlich auf die tatsächlich benötigten Funktionsflächen. Daraus entstand eine offene, filigrane Helixstruktur, die sowohl die mechanischen Anforderungen erfüllt und strömungsoptimiert als auch optimal auf den additiven Fertigungsprozess abgestimmt ist. Eine Besonderheit des Designs besteht darin, dass sich das Bauteil im Pulverbettprozess praktisch selbst trägt. Zusätzliche Stützstrukturen werden weitgehend vermieden. Die Konstruktion dient gleichzeitig als Funktions- und Tragstruktur. Dieses Konzept wurde inzwischen patentrechtlich geschützt.

Ein Formatsatz besteht aus vier, sechs oder acht Einzelbahnen.

Produktion auf der DMG Mori Lasertec 30 SLM 3. Generation

Da die Stopfenbahn im indirekt produktberührenden Bereich eingesetzt wird, kam für Bausch+Ströbel ausschließlich Edelstahl infrage. Die Entscheidung fiel auf 316L. Gefertigt werden die rund 330 Millimeter langen Bauteile auf einer Lasertec 30 SLM 3. Generation der neuesten Generation von DMG Mori. Die Komponenten werden stehend aufgebaut, wodurch die selbsttragende Geometrie optimal genutzt werden kann. DMG Mori war bereits frühzeitig in die Entwicklung eingebunden. Das Unternehmen unterstützte Bausch+Ströbel bei der Prototypenfertigung sowie bei der Optimierung der Fertigungsparameter. „Die ganzen Prototypen haben wir zusammen mit DMG Mori in deren Additive Manufacturing Reference Factory gefertigt. Die Ergebnisse waren überzeugend“, lobt Geiger die gute Zusammenarbeit mit DMG Mori. Eine zentrale Herausforderung lag dabei weniger im eigentlichen Druckprozess als in der Erfüllung der pharmazeutischen Qualitätsanforderungen. Für die Stopfenbahn mussten Oberflächenrauheiten bis Ra 0,8 erreicht werden – ein anspruchsvoller Wert für additiv gefertigte Edelstahlbauteile dieser Größe. „Wenn wir diese Oberflächenqualität nicht erreichen, können wir das Teil nicht einsetzen. Da gibt es auch keinen Raum für Kompromisse. Die Vorgabe ist die Vorgabe“, betont Geiger.

Pharmazeutische Abfüllanlagen sind auf höchste Präzision unter Reinraumbedingungen ausgelegt. Bausch+Ströbel zählt zu den Weltmarktführern für derartige Anlagen.

Wenn das Finish wichtiger wird als der Druck

Um die geforderten Oberflächenqualitäten sicher zu erreichen, entwickelte Bausch+Ströbel gemeinsam mit DMG Mori und Walter Trowal einen mehrstufigen Nachbearbeitungsprozess. Der eigentliche Druck benötigt für einen kompletten Formatsatz rund zwei Tage. Das anschließende Gleitschleifen dauert dagegen bis zu 72 Stunden. Erst danach erfolgt die finale Elektropolitur in der unternehmenseigenen Galvanik. Der Aufwand zahlt sich aus. Die Kombination aus optimierter Fertigung und gezielter Nachbearbeitung ermöglicht den Einsatz der Bauteile in einer Umgebung, in der Hygiene und Reinigbarkeit oberste Priorität besitzen.

In der konventionellen Herstellung bestand die Stopfenbahn aus 13 Einzelteilen.

Messbare Vorteile für Hersteller und Betreiber

Die Ergebnisse des Projekts gehen weit über die reine Herstellbarkeit hinaus. Gegenüber der konventionellen Ausführung reduzierte sich die Anzahl der Komponenten von ursprünglich 13 Einzelteilen und 9 Fertigungsvorrichtungen auf ein einziges Bauteil. Die Zahl der Arbeitsgänge sank von 92 auf 8. Besonders eindrucksvoll fällt die Gewichtsersparnis aus. Mit 235 Gramm wiegt die additiv gefertigte Stopfenbahn nur noch knapp die Hälfte der ursprünglichen Konstruktion. In einem kompletten Formatsatz summiert sich das auf mehrere Kilogramm. Für die Anwender in den Reinräumen bedeutet das eine spürbare Erleichterung. Die Baugruppen müssen sterilisiert, transportiert und unter Reinraumbedingungen eingebaut werden. Jedes eingesparte Gramm wirkt sich unmittelbar auf Ergonomie und Handhabung aus. „Diese zwei Kilogramm weniger Gewicht machen Welten aus. Die Kunden auf der Interpack waren regelrecht begeistert davon“, berichtet Geiger.

Mindestens ebenso wichtig sind die funktionalen Verbesserungen. Durch die offene Konstruktion und einen neuen Querschnitt der Bahnelemente wird die Umströmung der Stopfen verbessert. Strömungssimulationen zeigen, dass Bereiche mit nahezu stehender Luft um rund 30 Prozent reduziert werden konnten. Gleichzeitig verbessert sich die Reinigbarkeit der Baugruppe und die Bauteile trocknen nach dem Autoklavieren schneller ab. „Das offenere Design sorgt für eine bessere Umströmung, weniger Verwirbelungen und eine einfachere Reinigung. Damit verbessern wir nicht nur das Bauteil selbst, sondern den gesamten Prozess“, geht Geiger ins Detail.

Ausgezeichnete Innovation

Für Bausch+Ströbel markiert die ausgezeichnete Stopfenbahn einen Wendepunkt. Erstmals konnte das Unternehmen nachweisen, dass die Additive Fertigung über Musterteile und Prototypen hinausgeht und in einer realen pharmazeutischen Anwendung einen messbaren Mehrwert schafft. Entsprechend positiv fiel die Resonanz der Kunden aus. Besonders die Gewichtsreduzierung, die verbesserte Handhabung und die hygienischen Vorteile stießen auf großes Interesse. Gleichzeitig stärkte die Auszeichnung mit dem Exzellenzpreis die Sichtbarkeit des Themas innerhalb und außerhalb des Unternehmens. „Wir wollen zeigen, dass wir innovativ sind und Probleme unserer Kunden lösen“, fasst Geiger zusammen. „Additive Fertigung ist für uns kein Selbstzweck. Sie ist eine zusätzliche Möglichkeit, unsere Maschinen besser zu machen.“

Genau dieser Ansatz überzeugte letztlich auch die Jury der rapid.tech 3D und die AM Community. Die Jury hat die Top 10 ausgewählt, danach gab es für die Top 3 ein Community Voting und auf der Abendveranstaltung entschied dann das Publikum über den Sieger. Die additiv gefertigte Stopfenbahn steht exemplarisch für einen Wandel, der sich zunehmend in der Industrie beobachten lässt: Additive Fertigung hat sich vom Werkzeug für Prototypen zu einer Technologie entwickelt, die Produkte, Prozesse und den Anwendernutzen gezielt verbessert. Der eigentliche Erfolg des Projekts liegt daher nicht allein im gedruckten Bauteil, sondern in dem Mehrwert, den es im täglichen Einsatz schafft.