3D-Druck-Raumwunder für die Medizintechnik dank 1zu1

Storz Medical und 1zu1 realisieren im 3D-Druck kompakte Luftverteiler für das Handstück des Stoßwellentherapiegeräts MASTERPULS. (Bilder: Darko Todorovic)

Storz Medical steht seit über 35 Jahren für technologischen Fortschritt, erstklassige Qualität und herausragenden Service. Mit innovativen Geräten wie dem DUOLITH SD1 „ultra“ und dem MASTERPULS verfügt das Medizintechnik-Unternehmen über einen Vorsprung in der radialen und fokussierten Stoßwellentherapie. Als das Handstück des MASTERPULS vor 15 Jahren ergonomisch weiterentwickelt werden sollte, gab es ein Problem: Die Technik passte nicht mehr in die kleinere Form. Man grübelte und zeichnete, testete und schon bald fand Georg Görner, der über 30 Jahre Konstruktionsleiter bei Storz Medical war, mit seinem Team eine Lösung.

Als noch kaum jemand in der Industrie den 3D-Druck für die industrielle Produktion von Bauteilen nutzte, entschied sich Innovationstreiber Storz Medical für das Fertigungsverfahren. Der Wechsel vom gefrästen Luftverteiler aus Metall zur Kunststoffvariante war zukunftsweisend und nicht immer einfach. So wurden etwa Hindernisse beim Erhitzen von Materialien überwunden. Der Projekterfolg wurde durch eine sehr gute Zusammenarbeit zwischen Storz Medical und Hightech-Pionier 1zu1 ermöglicht. Gemeinsam wurden im Laufe der Jahre über 50.000 kompakte, strömungsoptimierte Luftverteiler für das Handstück des MASTERPULS produziert. Technische Änderungen in dessen Innenraum führten kürzlich zur nächsten Evolutionsstufe des nunmehr einteiligen Luftverteilers. Dabei spart Storz durch eine weiterentwickelte Konstruktion und verbesserte technologische Möglichkeiten zwei Zusatzteile und somit die halbe Montagezeit.

Die Storz-Konstrukteure Felix Gremlich und Georg Görner setzen auf 3D-Druck als Fertigungsverfahren für Serienbauteile.

Freie Geometrie für optimale Strömung

Mit der Entscheidung für 3D-Druck als Produktionsverfahren für Serienteile war Georg Görner seiner Zeit voraus. Gegen Spritzguss sprachen bei Stückzahlen von einigen tausend pro Jahr die Entwicklungszeit und Werkzeugkosten. Frästeilen bot das ergonomische Design keinen Platz. „Die erste 3D-Druck-Konstruktion war noch recht eckig und spiegelte das Denken im Fräsen wider“, erzählt Görner. Da der Prototyp zudem undicht war und sich Pulver in den Kammern und Kanälen sammelte, stellte er das Konzept auf den Kopf. „Wenn wir schon lasersintern, dann schaffen wir gleich strömungsgünstige Teile“, so der Konstrukteur.

Geschwungene Kanäle für den optimalen Luftfluss und integrierte Kabelführungen reduzierten die Form. Gegen das Restpulverproblem half eine Zweiteilung. Eine Schnapplösung war elegant, aber undicht. Daher wurden die Elemente über ein Dichtungsband und Schrauben verbunden. Parallel zur Finalisierung des Prototyps skalierte 1zu1 die Produktion und überwand alle Hürden bis zur wiederholgenauen Fertigung hoher Stückzahlen. „Die sortenreine, exklusive Fertigung im Bauraum ermöglicht die Überwachung der Prozessparameter“, erklärt 1zu1-Vertriebsleiter Thomas Kohler. Nach der Pulverentfernung fräste 1zu1 die Verbindungsseiten ab, sorgte im Haus für die Klarlack-Infiltrierung und prüfte jedes Teil auf seine Dichtheit. Das sparte externe Arbeitsschritte und hatte einen weiteren zentralen Vorteil, wie Kohler verrät: „Unsere Technologievielfalt garantiert die Geheimhaltung.“

Schneller und effizienter

Storz-Konstrukteur Felix Gremlich stieß 2019 zum Projekt und setzte den Weg fort. Änderungen im Innenraum schränkten den Platz für den Luftverteiler weiter ein. „Wir wollten unsere Erfahrungen nutzen, das Restpulverproblem endgültig lösen und noch mehr Funktionen inkludieren“, sagt Gremlich. 1zu1 steuerte das frisch verfügbare chemische Glätten und die leistungsstärkste SLS-Anlage am Markt bei. „Als EOS-Entwicklungspartner hatten wir exklusiven Zugriff auf die P500 und mit dem komplexen Luftverteiler das perfekte Objekt für den Praxistest“, betont Kohler. Nach einigen Musterteilen gelang der Durchbruch, die einteilige Lösung.

„Glätten macht den Unterschied. Wir sind zehnmal dichter als zuvor und können zudem dünnere Wandstärken umsetzen“, resümiert Gremlich. Während der Vorgänger für die Druckbeständigkeit von sechs Bar noch in Lack getränkt werden musste, fällt der Infiltrierprozess nun weg. Das innovative Glättverfahren sorgt für die Versiegelung der Oberfläche. Storz spart sich bei der neuen Version die halbe Montagezeit und durch die Integration des Luftauslasskanals zwei Zusatzteile. Das Restpulver wird in mehreren Schritten entfernt, dabei nutzt 1zu1 unter anderem die automatisierte neue Strahlanlage.

Höchste Prozessstabilität schafft die P500 von EOS. Als einzige Anlage am Markt realisiert sie dank neuer Software auch bei dünnen Wandstärken gleich viele Laserlinien pro Wandstärke und damit homogenere Bauteile als ältere Anlagengenerationen. 300 Stück gehen sich im Bauraum der Sinteranlage aus – die Genauigkeit liegt bei 99 Prozent und erfüllt damit die Serienkriterien. „Das Vertrauen von Storz, der technologische Fortschritt und unsere Pionierleistung waren zentral für den Erfolg“, ist Thomas Kohler überzeugt. Die Kombination aus Präzision und rascher Realisierung erlaubt den direkten Übergang vom Prototyp zur Serie, wie Felix Gremlich festhält: „Bei unseren Mengen ist der flexible 3D-Druck ohne Werkzeugkosten absolut wirtschaftlich.“