Am 28. Januar 2021 startet Arburg mit einem weiteren neuen Digital-Format: arburgXvision wird ab dann monatlich auf Sendung gehen. Insgesamt entstehen zehn Internet-Fernsehsendungen mit hochkarätigen Experten

Spritzgießmaschinen, Spritzpressen

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Spritzgießmaschinen, allgemein

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Spritzgießmaschinen

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Additive Fertigung

Automatisierungstechnik

Unternehmen

kunststoffe.de

Arburg Kunststoff Freiformen

Verfahren für die additive Fertigung

Freiraumverfahren

Arburg geht mit arburgXvision 2021 live auf Sendung

Um das Branchenevent Corona-adäquat umzusetzen, hat sich Arburg dazu entschlossen, zusätzlich zur Verschiebung in den Juni die Technologie-Tage 2021 auf sechs Tage zu verlängern.

Arburg verlängert Technologie-Tage 2021

Rund 600 Teilnehmer aus über 30 Ländern nahmen am 28. Januar 2021 an der ersten Sendung von arburgXvision teil, einem neuen digitalen Internet-TV-Format von Arburg.

Erfolgreiche Premiere für arburgXvision

Arburg informiert erstmals weltweit mit seinem neuen Nachhaltigkeitsbericht darüber, wie nachhaltig das Unternehmen in allen relevanten Bereichen auf lange Sicht handelt und wirtschaftet.

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Spritzgieß-Zubehör und Einzelteile

Erster globaler Nachhaltigkeitsbericht von Arburg

Wer vor 15 Jahren Additive Manufacturing in ein Unternehmen einführte, war ein Visionär. Wer es vor zehn Jahren nicht tat, fiel hinter die „Early Adopter“ zurück. Und wer den industriellen 3D-Druck heute nicht einsetzt, verliert an Wettbewerbsfähigkeit. Was dieser Technik heute zugetraut wird und wie stark sie in viele Anwendungsbereiche vorgedrungen ist, zeigt (stellvertretend) dieser Blick eines Experten auf die Medizintechnik.

Statusbericht und Ausblick für die Humanmedizin

Anlagen für die Additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Medizintechnik

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

Werkstoffe für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Additive Manufacturing in der  Medizintechnik

In der Medizintechnik müssen häufig Prototypen aus Original-Kunststoffmaterial im Reinraum abgemustert werden. Die dazu nötigen Kleinserien lassen sich günstig und schnell mit Stammformen herstellen, in die additiv gefertigte Formeinsätze eingebracht werden.

Additiv gefertigte Formeinsätze für Medizintechnik-Anwendungen

Klotz, Karlhorst, Dr.

Werkzeug- und Formenbau

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Prototypenwerkzeuge

Rapid Prototyping

Medizinprodukte

Echter Stoff schnell in Form

Die Rapid.Tech 3D bringt die Akteure des Additive Manufacturing vom 4. bis 6. Mai 2021 wieder in Erfurt zusammen. Neu ist ein Mix aus Live- und Digital-Event. Erste Aussteller sind bereits angemeldet.

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, andere

PVC-Additive

CAM für die additive Fertigung

Software

Filamente für additive Verfahren

Rapid.Tech 3D 2021: Live und digital

Nachhaltigkeit heißt der rote Faden, der sich vom 4. bis 6. Mai 2021 durch alle Foren der Kongressmesse Rapid.Tech 3D ziehen wird. Der Kongress findet erstmals auch digital statt, die Ausstellung ist als Präsenzveranstaltung geplant.

Fachkongress und Messe 2021

Messe Rapid.Tech 3D

form-werkzeug.de

Rapid.Tech 3D: Leitidee Nachhaltigkeit

Die Kombination aus 3D-Druckern von EnvisionTEC und Photopolymeren von Henkel soll die additive Fertigung in der Industrieproduktion vorantreiben.

Photopolymere

Kunststoff Werkstoffe

Duroplaste

Kunststoffhandel

Handel

EnvisionTEC und Henkel bündeln Expertise bei 3D-Druck

Additive Fertigungsverfahren gelten als zukunftsweisende Produktionsvarianten. Nun besteht mit der schneckenbasierten additiven Fertigung eine Lösung für wirtschaftliche und technische Herausforderungen und das Potenzial zur Serienproduktion.

Kunststoff-Metall-Hybrid spart Kosten und Zeit in der additiven Fertigung

Bleche, Bänder

Metall Werkstoffe

Verbindungstechnik, hybride

Verbindungstechnik Verfahren

3D-Druck mit Kunststoffgranulat  auf Metall

Die Tagung Additive Fertigung – fokus: kunststoff steht im von 10. – 11. Februar 2021 als bewährter Branchentreff gleichermaßen für Aktualität wie für intensiven Austausch zwischen Experten, Forschung und Praktikern.

Weiterbildung, allgemeine

Seminare, Schulungen, Kongresse

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Additive Fertigung – fokus: kunststoff 2021

Die Landesagentur Leichtbau BW zeichnet mit dem ThinKing Award die innovativsten Leichtbaulösungen aus Baden-Württemberg des Jahres 2020 aus.

Kunststoffverarbeitung allgemein

Kunststoffverarbeitung

Leichtbau

ThinKing Award 2020 für innovative Leichtbaulösungen

Ähnlich wie bei der Entwicklung der Spritzgießmaterialien vor 30 Jahren geht der Trend in der additiven Fertigung aktuell zu höher schmelzenden Materialien und Werkstoffen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. Letzteres gelingt z. B. durch die Einbettung von Fasern. Was die Entwicklung der Maschinentechnik betrifft, werden Prozesszeiten, Sensorik und Qualitätsüberwachung immer mehr an die Ansprüche von Hightech-Konzernen angepasst. 

Materialhersteller und Verfahrensentwickler begegnen steigenden Anforderungen  im 3D-Druck 

Biokunststoffe

Kohlenstofffasern / -matten

Rapid Tooling

Rapid Manufacturing

Selektives Laserschmelzen von Kunststoff, Metall, Keramik

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Spritzgießwerkzeuge

Pulver-Spritzgießen

Schleifen, Polieren

Additive Adoleszenz 

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP entwickeln gemeinsam mit AMSilk neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege. Das Ziel: Das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden.  

IAP entwickelt neues Hochleistungsmaterial 

Faserverarbeitung

Fasern

Technik Trend

Biofasern aus Florfliegenseide 

Eine Robotersteuerung, die ihre eigene Produktion steuert, Kunststoffe aus Holz oder ein verflixter Simulations-Benchmark: Hier sind die Top-10 der Themen, die Kunststoffe-Leser in diesem Jahr besonders interessiert haben. 

Die meistgelesenen Fachinfos auf Kunststoffe.de 

Steuerungen (Hardware und Software)

Simulation Verpackung

Prozesssimulation

Optik

Faszinierende Fertigung mit Kunststoff 

Neue Möglichkeiten für  den Humaneinsatz

Hersteller von Medizinprodukten verarbeiten Originalmaterialien mit dem Freeformer

Das sogenannte Arburg Kunststoff-Freiformen ist zur Herstellung additiv gefertigter Bauteile für die Medizintechnik prädestiniert. Die zugehörigen additiven Fertigungssysteme des Typs Freeformer verarbeiten Kunststoffgranulate, wie sie auch im Spritzgießen eingesetzt werden. Das macht die offenen Systeme sehr wirtschaftlich im Einsatz. Unter anderem lassen sich auch biokompatible, resorbierbare und sterilisierbare sowie FDA-zugelassene Originalmaterialien verarbeiten. Das eröffnet neue Möglichkeiten, auch im Humaneinsatz.

Das sogenannte Arburg Kunststoff-Freiformen ist zur Herstellung additiv gefertigter Bauteile für die Medizintechnik prädestiniert. Unter anderem lassen sich auch biokompatible, resorbierbare und sterilisierbare sowie FDA-zugelassene Originalmaterialien verarbeiten. Das eröffnet neue Möglichkeiten, auch im Humaneinsatz.

Wie in der Praxis inzwischen vielfach bewiesen, ermöglicht das AKF-Verfahren (Arburg Kunststoff-Freiformen) in der Medizintechnik auch anspruchsvolle Anwendungen, die so mit keinem anderen Verfahren machbar sind. So lassen sich z. B. Implantat-Platten aus dem resorbierbaren, FDA-zugelassenen Originalmaterial Resomer LR 706 – einem Composite aus Poly(L-lactid-co-D,L-lactid) und β-TCP (Hersteller: Evonik Nutrition & Care GmbH, Essen) – fertigen, die bei Knochenbrüchen direkt in den Körper eingesetzt werden können (Titelbild). Das Polymer-Composite ist dem menschlichen Knochen nachempfunden und enthält 30 % keramische Zusätze auf Basis von β-TCP (Tricalciumphosphat). Das Bauteil ist dadurch stabiler und gibt zudem Calcium ab, um den Knochenaufbau zu fördern. Nach vorgegebener Zeit löst sich das Implantat vollständig auf. Das Beispiel zeigt, wie sich derartige Anwendungen im Detail mehr und mehr den individuellen Anforderungen der Humanmedizin annähern.

Mit dem Freeformer, der in den Baugrößen 200-3X und 300-3X verfügbar ist und Bauteile Schicht für Schicht aus kleinsten Kunststofftröpfchen aufbaut, können alle Anwender ihre eigenen Originalmaterialien verarbeiten und die Prozessführung selbst optimieren. Alternativ können sie auf die Materialdatenbank des Maschinenherstellers (Arburg GmbH + Co KG, Loßburg) zugreifen und dort zertifizierte Kunststoffgranulate, wie sie auch im Spritzgießen eingesetzt werden, auswählen und verarbeiten. Hier sind solche Materialien wie ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), amorphes PA (Polyamid) und PC (Polycarbonat), elastisches TPU (Thermoplastisches Polyurethan) und teilkristallines PP (Polypropylen), aber auch PLLA (Poly-L-lactid) und andere spezielle Originalmaterialien für medizinische Anwendungen enthalten.

Funktionsbauteile für die Medizintechnik mit Entzündungshemmer

Resorbierbare Schädel-, Wangen- und Fingerknochen aus medizinischem PLLA (Typ: Purasorb PL18, Hersteller: Corbion NV, Amsterdam/Niederlande, oder Resomer LR 708, Evonik) haben den Vorteil, nach der Heilung nicht operativ entfernt werden zu müssen. Zudem kann das Kunststoffgranulat z. B. mit entzündungshemmenden Wirkstoffen beladen werden, um Abstoßungsreaktionen zu minimieren. Damit sich das Material zum richtigen Zeitpunkt im Körper auflöst, ist die Auswahl des Materialtyps von großer Bedeutung. Darüber hinaus werden auch Dauerimplantate z. B. aus PCU (Polycarbonaturethan) im AKF-Verfahren hergestellt. Sie eignen sich etwa für den Einsatz im Wirbelsäulen-Bereich.

Aber nicht nur im Körper finden additiv gefertigte Funktionsbauteile ein wachsendes Anwendungsfeld. Auch für medizintechnische Geräte und Hilfsmittel ist das Verfahren prädestiniert. Erstmals gezeigt hat Arburg im Jahr 2018 die Verarbeitung eines medizinisch zugelassenen Elastomers (SEBS, Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol, Typ: Cawiton PR13576; Hersteller: Wittenburg BV., Zeewolde/Niederlande) mit einer Härte von 28 Shore A. Das sehr weiche Material ist dicht und reißfest und eignet sich z. B. für die Fertigung funktionsfähiger Faltenbälge.

Als bislang einziges additives Fertigungssystem kann der Freeformer das FDA-zugelassene TPE Medalist MD 12130H (Hersteller: Teknor Apex; Härte 32 Shore A) verarbeiten, etwa zu flexiblen Handorthesen (Bild 1) oder zu individualisierbaren Beatmungsmasken, deren Dichtung sich der Gesichtskontur des Patienten anpasst. Bei gleichbleibenden Parametern können der Füllgrad des Bauteils gezielt verändert und damit die mechanischen Eigenschaften der Teile variiert werden. Bei TPE resultieren daraus z. B. unterschiedliche Shore-Härten. Auch innerhalb eines Bauteils lassen sich verschiedene Materialdichten einstellen.

Alle Freeformer sind mit einigen kleineren Anpassungen für den Einsatz im Reinraum geeignet. Sie arbeiten emissionsarm und nahezu staubfrei und ihr Bauraum ist generell in Edelstahl ausgeführt. Eine optionale Roboter-Schnittstelle ermöglicht es, die additive Fertigung zu automatisieren und die Maschinen in IT-vernetzte Fertigungslinien zu integrieren. Die Prozessqualität lässt sich zuverlässig dokumentieren, und die Bauteile können bei Bedarf eindeutig rückverfolgt werden.

Ein typisches Beispiel für ein medizintechnisches Hilfsmittel sind Sägeschablonen aus PA, die als individualisierte Operationshilfen Verwendung finden. Die Aesculap AG in Tuttlingen, ein Tochterunternehmen der B. Braun Melsungen AG, setzt bereits seit 1993 die additive Bauteilherstellung in der Medizintechnik ein. Seit Februar 2018 arbeitet das Unternehmen mit einem Freeformer 200-3X. „Der Freeformer bietet uns klare Vorteile: die Verarbeitung von medizinisch zugelassenem, resorbierbarem PLLA, hochwertige Bauteile aufgrund kleinster Schichtdicken und die Möglichkeit zur Herstellung von Hart/Weich-Verbindungen“, sagt Hans Keller (Bild 2), Director R&D Productions bei Aesculap.

Immer stärker nachgefragt werden speziell angepasste Knochenkomponenten und Implantate zur individuellen Patientenbehandlung. Nicht zuletzt aus Kostengründen werden immer mehr Medizinprodukte „am Blut“, wie z. B. Sägeschablonen oder Probeimplantate, aus Kunststoff aufgebaut. Hans Keller dazu: „Kosten uns die Spezialmaterialien dazu im Durchschnitt bis zu 200 Euro pro Kilogramm, können wir auf dem Freeformer handelsübliche Kunststoffgranulate einsetzen, die nur einen Bruchteil der Kosten verursachen.“

Samaplast: Dauer-Implantat  für die Wirbelsäule

Die Samaplast AG, Hersteller von medizintechnischen und technischen Produkten mit Stammsitz in St. Margrethen/Schweiz, setzt einen Freeformer 200-3X zur Herstellung von Kleinstserien bis hinunter zur Losgröße 1 ein. Hinzu kommen außerdem Kombinationen vom Prototypen-Projekt bis hin zur OEM-Fertigung. Mit dem AKF-Verfahren entstehen z. B. Implantate aus FDA-zugelassenem PCU und aus resorbierbaren Materialien wie Polylactid oder Bauteile aus zwei Materialien mit spezieller Geometrie.

Thomas Mösli, Assistant CTO bei Samaplast, beschreibt die ersten Erfahrungen mit dem Freeformer so: „Für unsere Kunden haben wir bislang Prototypen auf Spritzgießmaschinen hergestellt. Die additive Fertigung von Bauteilen mit dem Freeformer bieten wir jetzt ergänzend dazu vor allem im Medical-Bereich an.“ So wurde z. B. ein Dauer-Implantat für den Wirbelsäulen-Bereich (Bild 3), das zur Stabilisierung bei einem Bandscheibenvorfall dient, aus einem FDA-zugelassenen PCU (Typ: Bionate; Hersteller: DSM Biomedical B.V., Geleen/Niederlande) in den verschiedenen Shore-Härtegraden 90A, 80A, 55D und 65D aufgebaut.

Weitere Tests beschäftigten sich mit Bauteilen aus zwei Materialien. Dazu wurden etwa eine Spirale mit einem zweiten Kunststoff ummantelt, zwei verschieden harte Stäbe kombiniert oder resorbierbare Implantate aus Polylactid aufgebaut.

Alle Versuche machten die Vorteile des Freeformers deutlich. Thomas Mösli dazu: „Wir können neue Materialien und auch ungewöhnliche Geometrien schnell und mit geringen Kosten testen, ohne dafür teure Spritzgießwerkzeuge entwickeln und bauen zu müssen. Hinzu kommt, dass Implantatwerkstoffe teuer sind. Mit dem Freeformer können jetzt mit geringem Materialbedarf aus handelsüblichen, qualifizierten spritzgießfähigen Kunststoffen Produkte für Tests hergestellt werden. Das macht uns wesentlich flexibler.“

Karl Leibinger: Bioresorbierbare Implantate  für den Gesichtsbereich

Die Karl Leibinger Medizintechnik GmbH & Co. KG, ein Unternehmen der KLS Martin Group, gehört zu den Innovationsführern in der Medizintechnik. Seit Dezember 2017 arbeitet man in Mühlheim an der Donau mit einem Freeformer, um kurzfristig individuelle Bauteile und Implantate herzustellen. Verarbeitet werden unterschiedliche Polylactide und Compositmaterialien auf Polymer-Metall-Basis, u. a. zu Zugstäben, Prototypen und Funktionsbauteilen. Mit dem Freeformer ist es möglich, Bauteileigenschaften gezielt zu beeinflussen, eigene Kunststoffe zu verarbeiten und die Prozessführung selbst zu optimieren. Die Materialdatenbank von Arburg stellt die dazu notwendigen Kenngrößen zur Verfügung.

Hierin sehen die Spezialisten bei Karl Leibinger Medizintechnik auch die besonderen Stärken des industriellen additiven Fertigungssystems. Frank Reinauer (Bild 4), Head of Innovation and Production Biomaterials, dazu: „Die Möglichkeit, eine Vielzahl von Original-Kunststoffgranulaten zu verarbeiten und deren Eigenschaften für medizintechnische Produkte zu nutzen, macht unsere Produktion genauso flexibel, wie es der Freeformer ist.”

Ein Produktbereich sind bioresorbierbare Implantate für den Mund-, Kiefer- und Gesichtsbereich. Diese werden zur Osteosynthese (operative Verbindung von Knochen) und zur Rekonstruktion eingesetzt und bauen sich im Körper über einen Zeitraum von bis zu 24 Monaten ab. Gerade solche komplexen Geometrien lassen sich auf dem Freeformer auch in geringen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen. Die Qualität der Bauteile wird über geometrische und chemische Analysen umfassend sichergestellt. Da Individualität in der Medizintechnik für direkt an die Patienten angepasste Implantate immer wichtiger wird, sieht sich Karl Leibinger mit dem Freeformer hier sehr gut aufgestellt.

Röchling: Zentrum für die additive Fertigung

Das Röchling Direct Manufacturing Center (RDMC) in Waldachtal legt seinen Fokus auf die industrielle additive Serienfertigung und Dienstleistungen wie z. B. die 3D-Druck-gerechte Konstruktion. „Die additive Fertigung hat längst einen industriellen Standard erreicht. Mit dem RDMC bauen wir unsere 3D-Druck-Expertise für die gesamte Röchling-Gruppe aus“, hält Dr. Axel Höfter (Bild 5), einer der beiden Geschäftsführer der Röchling Direct Manufacturing GmbH, fest. Man wolle additiv neue, komplexe Geometrien fertigen und neue Produkte mit erweiterten Funktionalitäten ausstatten. Der Fokus soll dabei auf der industriellen additiven Fertigung voll funktionsfähiger Prototypen in Serie sowie auf der verfahrensgerechten Konstruktion liegen.

Das AKF-Verfahren eignet sich besonders für die additive Fertigung in der Medizintechnik. Die Geometriefreiheit kombiniert mit der großen Materialauswahl erschließt ganz neue Kunststoffanwendungen auch für den Humaneinsatz. Ein Schwerpunkt des Fertigungssystems Freeformer: die additive Fertigung von individuellen Orthesen, Implantaten aus biokompatiblen Standardgranulaten und Hilfsmitteln zur OP-Vorbereitung. Zudem lässt sich die Maschine auch in vollautomatisierte Fertigungslinien einbinden.

ARBURG GmbH + Co KG  

www.arburg.com

Wittenburg B.V.  

www.wittenburgbv.nl

Teknor Apex  

www.teknorapex.com

Aesculap AG  

www.aesculap.de

Evonik Industries AG  

www.evonik.de

Corbion NV Corporate Communications department 

www.corbion.com

Ausgabenartikel

Bild 2. Hans Keller, Director R&D Productions bei Aesculap, sieht ein Potenzial des Freeformers z. B. für die additive Fertigung von Prototypen, Probeimplantaten und Bohrschablonen.

Bild 3. Samaplast hat mit dem Freeformer z. B. aus FDA-zugelassenem PCU ein Wirbelsäulen-Dauerimplantat additiv gefertigt, das zur Stabilisierung bei einem Bandscheibenvorfall dient.

Bild 1. Aus Medalist MD 12130H, einem TPE mit medizinischer Zulassung, lassen sich flexible, individuell angepasste Handorthesen fertigen.

Bild 4. Frank Reinauer, Head of Innovation and Production Biomaterials bei Karl Leibinger Medizintechnik, freut sich über die neuen Möglichkeiten, die der Freeformer für die Fertigung von Implantaten bietet.

Bild 5. Jens Harmeling (links) und Dr. Axel Höfter leiten das neue Röchling Direct Manufacturing Center. In der Zentrale für die additive Fertigung weltweit setzt Röchling auch auf einen Freeformer 300–3X.

Im AKF-Verfahren lassen sich resorbierbare Originalmaterialien wie z. B. knochenähnliche Platten-Implantate fertigen. Sie werden nach und nach durch körpereigenes Gewebe ersetzt.

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<b>Lukas Pawelczyk</b> ist Abteilungsleiter Vertrieb Freeformer bei der Arburg GmbH + Co KG, Loßburg.