Gogoa Mobility Robots aus dem spanischen Baskenland hat sich auf die Entwicklung robotischer Exoskelette spezialisiert. Um die Lebensqualität von Menschen zu verbessern, begann das Biotechnologieunternehmen im Jahr 2016 damit, ein Exoskelett namens Hank für die Rehabilitation der unteren Gliedmaßen zu entwickeln. Von Anfang an wurde dabei auf Rapid Prototyping gesetzt.
Für seine Prototypen testete Gogoa zunächst verschiedene 3D-Druck Dienstleister. Mit den Ergebnissen war das Unternehmen jedoch nicht ganz zufrieden. „Sie erreichten nicht das von uns gewünschte Maß an Flexibilität und Qualität der Endbearbeitung“, so Carlos Fernández, CEO und Gründungspartner von Gogoa. Als das Team an einem Programm für Start-ups teilnahm, wurde ihm im Anschluss der 3D-Druck-Spezialist Materialise als Dienstleister empfohlen. Nach ersten Testaufträgen stand für das Management und das Fachpersonal von Gogoa fest, dass sie bei Materialise das richtige Fertigungswissen und die richtige Verarbeitungsqualität gefunden hatten. 2018 begann die Zusammenarbeit.
Rapid Prototyping mit Multi Jet Fusion und Polyamid 12
Mittels Rapid Prototyping entwickelte das Gogoa-Team innerhalb weniger Wochen individualisierte 3D-gedruckte Kunststoffteile, die sich in die Metallkomponenten des Exoskeletts integrieren ließen. Für die Entwicklung kam das Multi- Jet-Fusion-Verfahren (MJF) und das Material Polyamid 12 (PA 12) zum Einsatz. „Wir verwendeten PA 12 und die MJF-Technologie. Das Material ist flexibel, und dank des Rapid Prototyping ist der 3D-Druck ein schneller, effizienter und wirtschaftlicher Weg, um unser Design zu überarbeiten. Insbesondere im Vergleich zum Spritzguss“, erklärt Fernández.
In knapp zwei Minuten zum selbstständig eingestellten Exoskelett
Gogoa war schnell klar, dass sie auch die individualisierten Endbauteile des Exoskeletts additiv in Kleinserie fertigen lassen wollten. Bei der Auswahl der Materialien, Technologien und Endbearbeitungsoptionen half dem Team die E-Commerce-Website von Materialise. Dort sind Materialien, Lösungen und Oberflächen katalogisiert. So kann vor einer Online-Beauftragung die richtige Option für ein spezielles Design recherchiert werden. Das Team von Gogoa lud einfach eine CAD-Datei hoch und erhielt sofort alle relevanten Informationen zu den möglichen Materialien und Technologien. Und zudem ein Angebot für die gewählte Lösungsvariante. „Dies führte zu einem reibungsloseren Fertigungsprozess mit AM insgesamt. Alle Zweifel und Fragen, die wir hatten, wurden vom Support-Team des Herstellers schnell beantwortet“, so Galder Arego, Business and Brand Strategist bei Gogoa.
3D-Druck: 15 individualisierte Endbauteile in Kleinserie
Heute fertigt Materialise für das Exoskelett Hank rund 15 kundenspezifische 3D-Druck-Teile in Kleinserie. Dabei handelt es sich um Komponenten für den Rucksack, Halterungen für die Stützen – um den Fuß, den Knöchel und den Oberschenkel – sowie Verbindungsstücke. Die additive Fertigung ist für solche individualisierten Kleinserien-Artikel sehr gut geeignet. „Hätten wir dasselbe Verfahren mit Spritzguss versucht, hätte es einfach nicht funktioniert“, so Arego.
Auch bei anderen Exoskeletten, die Gogoa seit einigen Jahren zur Unterstützung menschlicher Tätigkeiten anbietet, ist Materialise heute involviert. Dafür liefert das Unternehmen Prototypen und Endbauteile. Zu den für Endbauteile verwendeten Materialien und Verfahren zählen modellübergreifend Selektives Lasersintern mit PA 12 und glasgefülltem Polyamid sowie Fused Deposit Modeling mit Polycarbonat. Zudem wird auf TPU und Polypropylen gesetzt sowie auf Vakuumguss. Diese Technologie bietet Materialise als Komplettlösung an. Ebenso liefert der 3D-Druck-Dienstleister mit Hauptsitz in Leuven, Belgien, kleine fertige Baugruppen und Einsätze.
Mit dem Dienstleister zur CE-Zertifizierung
Außer der Auswahl an Materialien und Technologien und dem Serviceangebot überzeugte Gogoa die Zusammenarbeit mit Materialise. Galder Arego: „Wir sind beeindruckt von der Betreuung und dem technischen Support.“ Die Designexperten gaben Tipps zur Optimierung der Designs und halfen bei den Unterlagen für die ISO-13485- Zertifizierung. „Da wir das erste europäische Exoskelett-Unternehmen sind, das CE-zertifiziert ist, ist es ein echter Vorteil, einen lokalen Lieferanten zu haben, der mit den Vorschriften für die Herstellung solcher speziellen medizinischen Geräte vertraut ist.“ Gogoas Sichtweise auf den 3D-Druck hat sich so weiterentwickelt. Für die neue Version von Hank wurde mit noch mehr AM-Materialien experimentiert. „Hank+ verwendet das gleiche Grundgerüst und die gleichen 3D-gedruckten Teile wie Hank“, erläutert Fernández. „Dennoch ist es uns gelungen, das Design zu straffen und es ästhetisch ansprechender zu gestalten.“
Alles in allem ist Hank ein Exoskelett, das sich an den Patienten anpasst und die richtigen Kräfte und Gangmuster überträgt. „Andere Exoskelette sind bei der Übertragung dieser Informationen nicht so genau“, fasst Fernández zusammen. „Mit dem 3D-Druck haben wir ein Produkt geschaffen, das die Genesungszeit der Patienten erheblich beeinflusst.“ Hank sei das leichteste Exoskelett für die unteren Gliedmaßen auf dem Markt. Und zudem das einzige mit sechs motorisierten Gelenken und adaptivem Gangbild. „Der beste Weg, Patienten zu rehabilitieren“, so Fernández.
Zum Exoskelett
Hank ist ein Exoskelett, das für das Gangtraining im klinischen Umfeld als beidseitig tragbares Gerät mit sechs Freiheitsgraden konzipiert wurde. Hüfte, Knie und Sprunggelenk werden angetrieben. Hank eignet sich nach Angaben des Anbieters Gogoa Mobility Robots für die Rehabilitation von Erwachsenen mit einer Körpergröße von 1,50 bis 1,95 m und einem maximalen Körpergewicht von 100 kg. Das mechanische Design wurde von mehreren Kriterien bestimmt: Ein Exoskelett sollte ergonomisch, komfortabel und leicht sein und sich an verschiedene Benutzer anpassen lassen.
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