Mit seiner speziellen Konstruktion auf der Basis eines dreidimensional verschiebbaren Druckkopfes eignet sich der 3D-Drucker Delta Tower, um auch Teile von über 1 m Höhe in einem Durchgang additiv zu fertigen. Ein Medizinproduktehersteller nutzt diese Möglichkeit für die Produktentwicklung.
Der 3D-Druck ist flexibel und hat sich in vielen Bereichen schon bewährt. So werden Implantate und kleinere Prothesen patientenspezifisch gefertigt, detailgetreue Reproduktionen von Organen werden zu Übungszwecken verwendet. Allerdings sind die möglichen Dimensionen durch die Größe gängiger Drucker eingeschränkt. Um hier mehr Freiheit zu gewinnen, wurde das Gerät Delta Tower entwickelt, das in Deutschland die Picco’s 3D World GmbH aus Deggendorf anbietet.
Die Rahmenkonstruktion des Delta Tower ermöglicht es, Objekte von bis zu 110 cm Höhe und 55 cm im Durchmesser zu fertigen. Selbst lange Schienen oder Prothesen können so in einem Stück hergestellt werden. Als Werkstoff kommen, je nach Anwendung, unterschiedliche Materialen in Frage, bis hin zu biokompatiblen Polylactiden (PLA).
Ein Bayreuther Hersteller von Hilfsmitteln unter anderem für die Phlebologie, Orthopädie und Prothetik, die Medi GmbH & Co. KG, verwendet die Geräte schon. „Wir benötigen in der Entwicklungsphase immer wieder Teile, die aus Kostengründen nicht konventionell gefertigt werden können“, berichtet Patrick Bauer, der bei Medi in Forschung & Entwicklung tätig ist. „Da wir häufiger Komponenten von einem Meter Höhe brauchen, ist der Delta Tower dafür ideal.“
Im Gegensatz zum klassischen 3D-Drucker, der mit einem Schienensystem in X-, Y-, und Z-Achse arbeitet, nutzt das Gerät drei Präzisionslinearführungen und sechs Halterungsarme, um das so genannte Hotend, den Druckkopf mit der heißen Düse, zu bewegen. Seine „Arme“ werden über Riementriebe gesteuert und verfahren die Druckeinheit dreidimensional, wodurch das zu druckende Objekt während des Prozesses fest auf dem Druckbett stehen bleiben kann. „So werden Schwingungen, wie sie bei sich bewegenden Druckbetten entstehen, vermieden, und es wird möglich, insgesamt höhere Objekte exakt zu drucken“, erklärt Joachim Schmidt, Geschäftsführer von Picco’s 3D World.
Mit den Modellen L und L Dual lassen sich Werkstücke mit bis zu 110 cm Höhe und einer Fläche von 55 cm x 55 cm fertigen. Das jüngste Modell der Reihe, das auf der diesjährigen Messe Euromold Ende September in Düsseldorf vorgestellt wurde, bietet sogar 65 cm x 65 cm Bauraum im Querschnitt. Aufgrund der besonderen Aufhängung des Druckkopfs verläuft der Druckvorgang sehr geräuscharm.
Um eine möglichst hohe Präzision und Lebensdauer zu erreichen, besteht der Drucker-Turm aus exakt gefrästen Aluminium-Teilen, die von Hand überprüft und auf ihre Funktion getestet werden. Über der Bodenplatte ist das Heizbett eingebracht, dessen Temperatur konstant geregelt wird, wodurch eine stabile Fixierung des Druckobjekts sichergestellt wird, sodass es während des Prozesses nicht verrutschen kann. Das Einrichten des Druckers ist vergleichsweise einfach, da ein Tastsensor automatisch die Kalibrierung und ebene Ausrichtung der Grundfläche übernimmt. Der Benutzer muss lediglich die Z-Höhe manuell einstellen.
Der 3D-Druck selbst erfolgt anhand von Objekt-Modellen, die in der Regel per CAD erstellt und in das gängige STL-Format exportiert werden. Diese Daten werden mit Hilfe einer Software in einzelne Koordinaten aufgelöst, die der Druckkopf später abfahren muss. Für den Druck wird die ausgewählte Datei einfach per USB oder per TCP/IP 10/100-Schnittstelle übertragen.
Gedruckt wird per Fused Deposition Modelling (FDM), das heißt, ein Filament des gewünschten Werkstoffs wird bei bis zu 295 °C aufgeschmolzen und über die Düse schichtweise aufgetragen, um das Objekt aufzubauen. Die Düsen der verschiedenen Delta-Tower-Modelle – Single wie Dual – haben Durchmesser von 0,35 mm bis zu 0,9 mm, einschließlich einer Duschbrause mit 7 mm x 0,40 mm für den schnellen 3D-Druck. Weitere Düsen sind verfügbar. Als Druckmaterial stehen gängige Kunststoffe wie PA, ABS und PETG, aber auch medizinisch interessante Werkstoffe wie Keramik oder das biokompatible und abbaubare Polylactid (PLA) bereit. „Die Haltbarkeit der damit hergestellten Teile ist je nach Material und Konstruktion gut bis sehr gut“, so Bauer.
Die Dicke der aufgetragenen Schicht lässt sich von 0,05 mm für feine Details bis 0,5 mm für höhere Stabilität oder Produktionsgeschwindigkeit regeln. „Man muss einige Versuche durchführen und Erfahrungen sammeln, bis man ein gutes Ergebnis erhält“, fasst Patrick Bauer zusammen. Durch die Fertigung direkt nach Modell ohne Nacharbeiten oder viel Abfall lassen sich kleine Stückzahlen, Prototypen oder Nullserien wirtschaftlich herstellen, was beispielsweise auch patientenspezifische Anfertigungen erlaubt. op
Weitere Informationen Über den Medizinproduktehersteller: www.medi-corporate.com Über den Druckeranbieter: www.piccos-3d-world.de
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