Individuelle Medizintechnik in Serie: Warum W-3D auf TPU und eigene Servicekompetenz setzt

Individuelle Orthesen profitieren von der Möglichkeit, flexible TPU-Komponenten mit robusten PA12-Teilen zu kombinieren.

Bernd Weiskircher
Geschäftsführer, W-3D GmbH

„Qualität ist ein Zusammenspiel aus Kundenanforderung, Materialwissen, Prozessverständnis und Produktionssicherheit. Unser Anspruch ist es, all das auf die Teile unserer Kunden zu übertragen.“

Die Anforderungen an moderne Medizinprodukte steigen kontinuierlich. Patienten erwarten individuell angepasste Lösungen, Hersteller müssen gleichzeitig Lieferzeiten verkürzen, regulatorische Anforderungen erfüllen und wirtschaftlich produzieren. Besonders bei Orthesen, Einlagen, Prothesenkomponenten und medizinischen Hilfsmitteln stößt die klassische Fertigung dabei zunehmend an ihre Grenzen. Additive Fertigungstechnologien eröffnen neue Möglichkeiten, individuelle Produkte ohne Werkzeugkosten und mit hoher Designfreiheit herzustellen. Die W-3D GmbH aus Sohland an der Spree setzt dabei gezielt auf die Multi-Jet-Fusion-Technologie von HP und hat sich insbesondere im Bereich TPU-basierter Medizinprodukte eine besondere Expertise aufgebaut. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor ist dabei nicht nur der Maschinenpark, sondern auch die Fähigkeit, die Anlagen selbst zu warten und zu optimieren.

Handorthesen sind besonders wirksam, wenn sie perfekt an den Patienten angepasst sind. Attraktive Farben und Oberflächen sorgen für Akzeptanz.

Personalisierung wird zum Standard

Während in vielen Industriebereichen die Additive Fertigung noch häufig für Prototypen oder Kleinserien eingesetzt wird, ist sie im Medical-Sektor längst in der praktischen Anwendung angekommen. Patientenindividuelle Orthesen, Rehabilitationshilfen oder orthopädische Einlagen lassen sich wirtschaftlich bereits ab Losgröße 1 herstellen. W-3D fertigt auch für dieses Marktsegment Produkte in Spitzenqualität.

Das Unternehmen produziert unter anderem Orthesen aus TPU sowie Bauteile aus PA12 für medizinische Anwendungen. Die Fertigung erfolgt dabei überwiegend just in time. Individuelle Hilfsmittel können innerhalb weniger Tage produziert werden, ohne dass Werkzeuge oder Formen benötigt werden. Gerade im medizinischen Umfeld, in dem Anpassungen häufig kurzfristig erfolgen müssen, entsteht daraus ein erheblicher Vorteil gegenüber konventionellen Verfahren.

„Die Stärke der Additiven Fertigung liegt für uns darin, dass wir individuelle Lösungen ohne Umwege direkt in die Produktion bringen können. Bei Orthesen oder patientenspezifischen Hilfsmitteln zählt oft jeder Tag. Mit unseren Prozessen können wir innerhalb weniger Tage liefern und gleichzeitig eine Qualität erreichen, die den hohen Anforderungen im Medical-Bereich gerecht wird“, erklärt Bernd Weiskircher, Geschäftsführer und Inhaber von W-3D.

Durch Zusammenfassen mehrerer Baugruppen in ein einziges 3D-Druck-Teil konnte eine kompaktere Bauweise bei geringerem Montageaufwand erzielt werden.

TPU und PA12 ergänzen sich

Die Stärke der Additiven Fertigung im Medical-Bereich liegt bei W-3D nicht in einem einzelnen Werkstoff, sondern im gezielten Zusammenspiel von TPU und PA12. Während TPU überall dort zum Einsatz kommt, wo Flexibilität, Dämpfung und hoher Tragekomfort gefragt sind, übernimmt PA12 die strukturellen Aufgaben. Das Material zeichnet sich durch hohe Festigkeit, Maßhaltigkeit und Chemikalienbeständigkeit aus und wird für belastbare Orthesenkomponenten, Prothesenschäfte, patientenspezifische Schienen sowie Gehäuse und Funktionsteile medizinischer Geräte eingesetzt.

Besonders bei modernen Orthesensystemen werden beide Werkstoffe häufig kombiniert. Flexible TPU-Bereiche sorgen für Komfort und Beweglichkeit, während PA12 die erforderliche Stabilität liefert. Dadurch entstehen Hilfsmittel, die leichter, funktionaler und zugleich angenehmer zu tragen sind als viele konventionell gefertigte Lösungen. „TPU entwickelt sich zunehmend zum bevorzugten Werkstoff für viele orthopädische Anwendungen. Das Material ermöglicht Konstruktionen, die mit klassischen Verfahren nur sehr aufwendig oder gar nicht realisierbar wären. Gleichzeitig profitieren Patienten von einem deutlich höheren Tragekomfort. In Kombination mit PA12 können wir dabei genau die Eigenschaften realisieren, die eine Anwendung benötigt“, erklärt Weiskircher.

Den größten Anteil der Medical-Aktivitäten bei W-3D machen heute allerdings nicht Orthesen oder patientenspezifische Hilfsmittel aus, sondern Gehäuse und Funktionskomponenten für medizinische Geräte. Rund 90 Prozent der Medizintechnik-Anwendungen entfallen auf dieses Segment. Gefertigt werden die Bauteile nahezu ausschließlich aus PA12, das durch seine hohe Maßhaltigkeit, Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Reinigungs- und Desinfektionsmitteln optimale Voraussetzungen für den Einsatz in der Medizintechnik bietet. Für diesen Bereich entstehen sowohl Prototypen als auch Klein- und Serienfertigungen additiv. Besonders gefragt ist die Technologie dort, wo Hersteller auf kurze Entwicklungszyklen reagieren müssen oder die hohen Werkzeugkosten des Spritzgusses vermeiden wollen. Gleichzeitig ermöglicht die Additive Fertigung eine deutlich größere konstruktive Freiheit.

Baugruppen lassen sich zu wenigen oder sogar zu einem einzigen Bauteil zusammenfassen, Funktionen integrieren und Änderungen ohne zusätzlichen Werkzeugaufwand umsetzen. Damit entwickelt sich die Additive Fertigung für viele Medizintechnikhersteller zunehmend von einer Prototyping-Technologie zu einer wirtschaftlichen Alternative für die Serienproduktion.

Der automatisierte Wechsel der Build Units reduziert manuelle Eingriffe und schafft die Grundlage für einen nahezu durchgängigen Produktionsbetrieb.

Oberflächenqualität als entscheidender Faktor

Gerade bei Medizinprodukten reicht die reine Bauteilfunktion jedoch nicht aus. Oberflächenqualität, Hygieneanforderungen und Reinigungsfähigkeit spielen eine zentrale Rolle. Deshalb setzt W-3D konsequent auf nachgelagerte Veredelungsprozesse. Rund 95 Prozent der TPU-Bauteile werden chemisch geglättet. Die Behandlung reduziert die Oberflächenrauheit deutlich und verbessert sowohl die Haptik als auch die hygienischen Eigenschaften der Produkte. Gleichzeitig entsteht eine hochwertige Optik, die den Anforderungen moderner Medizinprodukte entspricht.

Auch bei weißen MJF-Bauteilen setzt das Unternehmen auf eine konsequente Nachbearbeitung. Die chemische Glättung erleichtert die Wischdesinfektion und schafft die Voraussetzung für eine reproduzierbare Oberflächenqualität. Bei Bedarf können die Bauteile zusätzlich eingefärbt oder an spezifische Designvorgaben angepasst werden. Insbesondere im Bereich TPU wurden in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte erzielt. Durch angepasste Strahlmedien und optimierte Postprocessing-Prozesse gelingt es heute, deutlich homogenere Oberflächen zu erzeugen. Selbst helle TPU-Bauteile lassen sich mit hoher visueller Qualität herstellen.

Die Black Body Calibration beim HP 5620Pro sorgt für Präzision und perfekte Bauteile.

Automatisierung schafft Prozesssicherheit

Die steigende Nachfrage nach additiv gefertigten Medizinprodukten stellt gleichzeitig hohe Anforderungen an die Produktionskapazität. Deshalb investiert W-3D kontinuierlich in den Ausbau seines Maschinenparks. Eine zentrale Rolle spielen dabei die HP Jet Fusion 5620 Pro-Anlagen. Die aktuellen Systeme wurden speziell für industrielle Serienanwendungen entwickelt und bieten erweiterte Automatisierungsfunktionen, eine hohe Prozessstabilität sowie eine verbesserte Materialeffizienz. Damit eignen sich die Anlagen besonders für Unternehmen, die Additive Fertigung in skalierbare Produktionsprozesse integrieren möchten.

Zusätzlich betreibt W-3D die HP Jet Fusion 5420W Pro für die Fertigung weißer Bauteile. In Kombination mit dem HP Automation Accessory verfügt das Unternehmen über eine weltweit außergewöhnliche Konfiguration. Der automatisierte Wechsel der Build Units reduziert manuelle Eingriffe und schafft die Grundlage für einen nahezu durchgängigen Produktionsbetrieb. „Unser Ziel ist es, die Fertigung möglichst weitgehend zu automatisieren und gleichzeitig die Prozessstabilität weiter zu erhöhen. Gerade im Medical-Bereich müssen Qualität und Reproduzierbarkeit jederzeit gewährleistet sein. Automatisierung hilft uns dabei, diese Anforderungen zuverlässig zu erfüllen“, erläutert Weiskircher.

Perfektes Oberflächenfinish ist bei W-3D selbstverständlicher Bestandteil der Prozesskette.

Eigene Servicekompetenz als Wettbewerbsvorteil

Eine Besonderheit von W-3D liegt jedoch nicht allein in der technischen Ausstattung. Das Unternehmen investiert gezielt in den Aufbau eigener Service- und Wartungskompetenzen. Mitarbeiter werden direkt an den Anlagen geschult, unter anderem in Zusammenarbeit mit HP. Viele Wartungsarbeiten können dadurch eigenständig durchgeführt werden.

Dieses Know-how reicht von Servicekits und regelmäßigen Wartungsmaßnahmen bis hin zu einem tiefen Verständnis der Prozessparameter. Ersatzteile werden vorgehalten und technische Eingriffe können ohne lange Wartezeiten umgesetzt werden. Gerade im Medical-Bereich wirkt sich diese Eigenständigkeit unmittelbar auf die Produktionsqualität aus. Maschinenverfügbarkeit, Prozessstabilität und reproduzierbare Ergebnisse lassen sich dadurch auf einem konstant hohen Niveau halten. „Wer industrielle Additive Fertigung betreibt, muss die Technologie bis ins Detail verstehen. Wir investieren deshalb bewusst in eigenes Servicewissen. Das verkürzt Reaktionszeiten, erhöht die Anlagenverfügbarkeit und trägt letztlich dazu bei, dass unsere Kunden eine gleichbleibend hohe Qualität erhalten“, betont Weiskircher.

Von der Orthese bis zum Medizingerät

Neben patientenspezifischen Orthesen fertigt W-3D zunehmend Gehäuse und Funktionsteile für medizinische Geräte. Während TPU vor allem bei körpernahen Anwendungen zum Einsatz kommt, dominiert hier PA12. Das Material ermöglicht robuste, maßhaltige und desinfektionsbeständige Bauteile, die vom Prototypen bis zur Serie wirtschaftlich produziert werden können. Gerade gegenüber dem Spritzguss ergeben sich Vorteile: Werkzeugkosten entfallen, Lieferzeiten verkürzen sich von mehreren Monaten auf wenige Wochen und komplexe Baugruppen können in deutlich weniger Einzelteilen realisiert werden. Änderungen lassen sich ohne neue Werkzeuge unmittelbar umsetzen – ein wichtiger Faktor in einem Markt, in dem Produktzyklen immer kürzer werden.

Zukunftsweisende Kombination

Die Entwicklung im Medical-Sektor zeigt deutlich, dass die Additive Fertigung ihren Platz in der industriellen Produktion gefunden hat. Insbesondere bei patientenspezifischen Produkten und flexiblen Anwendungen auf TPU-Basis eröffnen sich neue Geschäftsmodelle und Versorgungskonzepte. Mit seiner Kombination aus modernem Maschinenpark, hoher Automatisierung, ausgeprägter TPU-Kompetenz und eigenem Service-Know-how hat sich W-3D in diesem Umfeld eine besondere Position erarbeitet. Während viele Anbieter vor allem auf Maschinenkapazität setzen, verfolgt das Unternehmen einen ganzheitlichen Ansatz, der Materialwissen, Prozessverständnis und Produktionssicherheit miteinander verbindet. Gerade diese Kombination dürfte künftig darüber entscheiden, welche Anbieter die wachsende Nachfrage nach individualisierten Medizinprodukten wirtschaftlich und in gleichbleibend hoher Qualität bedienen können.