Die Blaupause zur Orthesenfertigung bei GMZ Medical

GMZ Medical ist ein australischer Fachhersteller von orthopädischen Einlagen, der von der Bereitstellung von Zubehör über Design-Software bis hin zur Eigenfertigung alles abdeckt. Aufgrund dieses vielfältigen Angebots verfügt das Team über fundierte Kenntnisse aller Aspekte der Orthesenfertigung sowie über Erfahrungen mit verschiedenen Arbeitsabläufen und Materialien. Nicht nur verwendet das Labor für die Fertigung von Orthetik, CADCAM Orthotics, zwei SLS-3D-Drucker (selektives Lasersintern) des Typs Fuse 1+ 30W, sondern auch der Zulieferer, PodCAM Supplies, empfiehlt das Fuse-Ecosystem an Orthesenhersteller und Gesundheitsdienstleister.

Laut Konrad Job, Podologe bei GMZ Medical, ist es diese Kombination von Geschäftszweigen, darunter auch die Softwarelösung LaserCAM Orthotics, die es GMZ Medical möglich macht, jeden Aspekt der Orthesenfertigung zu testen, um den Prozess und Arbeitsablauf optimal abzustimmen.

CADCAM Orthotics' „Blaupause“ zur Produktion 3D-gedruckter Einlagen beruht auf dem Fuse-Ecosystem von Formlabs. Wir haben uns mit Job unterhalten, um von ihm mehr über die Vorteile digitaler Arbeitsabläufe zu erfahren und zu entdecken, wie dieses Konzept die Hauptprobleme von Orthesenherstellern und Gesundheitsdienstleistern löst.

CADCAM Orthotics ist der Fertigungsbetrieb von GMZ Medical. Das Unternehmen begann 1997 mit der Fertigung von EVA-Einlegesohlen mit einer CNC-Fräse und startete einige Jahre später mit dem Vakuumformen von Polypropylen-Produkten.

Bei vakuumgeformten Produkten aus Polypropylen begann der Arbeitsablauf mit einem 3D-Scan. CADCAM Orthotics musste dann ein Positivmodell in CAD entwerfen, es aus MDF-Platten (Medium Density Fiberboard) fräsen und dann mehrere Schichten des Vakuumformens auf dem MDF-Positiv durchführen, um eine Orthese mit den richtigen Spezifikationen zu fertigen.

Job erinnert sich: „Die größten Probleme waren die Anzahl der Arbeitsschritte und die damit verbundene Einarbeitung, um sicherzustellen, dass alle unsere Mitarbeiter diese Schritte wiederholt durchführen können. Mit der Zeit hatten wir dann einen Mitarbeiter, der wirklich gut in diesem Produktionsprozess war.“

Nicht nur die Einarbeitung war ein Problem; der Werkstoff MDF schaffte auch ein staubiges, unangenehmes Arbeitsumfeld. Job sagt: „MDF war nicht angenehm zu bearbeiten, es ist staubig, man muss Masken tragen. Wir haben es mit hochdichtem Schaumstoff versucht, aber der ist ein bisschen geschmolzen. Als wir vom Fräsen von Fußpositiven auf 3D-Druck umgestiegen sind, hat sich kein einziger Mitarbeiter beschwert.“

Ein drittes Problem beim Vakuumformen war die Oberflächenbeschaffenheit. Wie Job es beschreibt: „Man hat den Daumen draufgelegt, und schon war ein Haar dran. Man musste ständig aufpassen, dass man es beim Schleifen der anderen vakuumgeformten Schichten nicht zerkratzt.“

Anfangs ersetzte CADCAM Orthotics die Polypropylen-Fertigung durch ausgelagerten 3D-Druck. Das Unternehmen griff zwei Jahre lang auf Outsourcing des 3D-Drucks zurück. Job sagt: „Die Zusammenarbeit war großartig, sie haben uns sehr unterstützt, aber letztendlich hatten wir nicht genug Kontrolle über die Fertigungszeit und auch nicht über die Feinheiten, z. B. wie viel Pulver recycelt wurde. Wir wollten die Teile aus dem Drucker nach unseren eigenen Maßstäben prüfen.“

Um mehr Kontrolle über den 3D-Druck zu erhalten, beschloss CADCAM Orthotics im Jahr 2022, auf betriebsinternen Druck umzusteigen.

Outsourcing ist letzten Endes eine gute Möglichkeit, den 3D-Druckprozess zu validieren, bevor zur Eigenfertigung übergegangen wird. Indem ein Unternehmen die Fertigung in den eigenen Betrieb verlagert, übernimmt es die Kontrolle über den gesamten Produktionsprozess und erreichte kürzere Durchlaufzeiten; für CADCAM Orthotics bedeutete dies eine Beschleunigung von zehn auf vier Werktage. Außerdem hat die Umstellung auf 3D-Druck zu erheblichen Einsparungen in der Fertigung geführt.

Der betriebsinterne 3D-Druck gewährt mehr Kontrolle über Produktionszyklen. Bei CADCAM Orthotics bedeutet dies einen tagtäglichen Druckbetrieb, um mindestens fünf Druckaufträge pro Woche fertigzustellen – und manchmal noch einen weiteren am Wochenende. So werden insgesamt 30 bis 50 Einlagenpaare pro Woche produziert. Der SLS-3D-Druck erfordert nach Druckabschluss eine Abkühlzeit. CADCAM Orthotics berücksichtigt dies, indem das Team den Drucker während des Arbeitstages entleert und einen neuen Druckauftrag startet, sodass die Drucke noch am selben Tag nachbearbeitet werden können und am nächsten Tag neue Drucke bereitstehen.

Wie Job betont, gab es bei den konventionellen Verfahren letzten Endes nur ein Teammitglied, das sich gut auskannte. „Aber jetzt, mit 3D-Druck, haben wir mindestens fünf Leute, die das machen können. Die Einarbeitung ist also ein enorm wichtiger Faktor.“ Die Einfachheit der Abläufe beim 3D-Druck im Fuse-Ecosystem bedeutet nicht nur, dass das gesamte Team produktiver arbeiten kann, sondern auch, dass die Prozesse einfacher und sauberer sind als bei herkömmlichen Verfahren.

Durch den Wegfall des körperlich anspruchsvollen Schleifens und Polierens, das bei herkömmlichen Arbeitsabläufen erforderlich ist, setzt das Fuse-Ecosystem bei CADCAM Orthotics Arbeitskräfte für höherwertige Aufgaben frei, wie etwa das Design.

Für das Reinigen und Abschleifen verwendet CADCAM Orthotics den Fuse Blast, eine vollautomatische Lösung für Produkte, die sich sauber anfühlen – und das in 78 % weniger Zeit. Außerdem findet die Reinigung geschlossen statt, wodurch der Arbeitsbereich für die Mitarbeitenden sauberer bleibt und ein angenehmeres Arbeitsumfeld geschaffen wird.

Job sagt: „Da wir bereits CNC-Technologie integriert und CNC-Systeme verkauft haben, war uns sehr früh bewusst, wie wichtig Redundanz in der Fertigung ist. Deshalb beurteilen wir SLS-Maschinen auch danach, ob wir in der Lage sind, zwei zu erwerben.“

Selbst bei den zuverlässigsten 3D-Druckern können Fehler bei der Anwendung oder allgemeine Wartungsbedürfnisse zum Ausfall eines Geräts führen. Bei einem einzigen Drucker bedeutet dies den totalen Stillstand der Produktion. Mit zwei Druckern können Sie sicherstellen, dass die Produktion nie zum Stehen kommt. Redundanz ermöglicht auch Flexibilität bei Eilaufträgen oder großen Bestellungen.

Neben Redundanz ermöglicht der Einsatz von zwei Druckern auch Flexibilität beim Skalieren der Fertigung. Wenn die Anzahl der Drucke auf dem zweiten Drucker erhöht wurde, können weitere Geräte hinzugefügt werden – und das alles mit demselben Arbeitsablauf und ohne die Notwendigkeit, Aufträge abzulehnen, während Sie die Einrichtung der zusätzlichen Drucker abwarten.

LaserCAM Orthotics ist die Softwarelösung von GMZ Medical für das Design von orthopädischen Einlagen und die Software, die CADCAM Orthotics firmenintern für die Designarbeiten vor der Produktion verwendet. Die betriebsinterne Fertigung ermöglicht es CADCAM, Systeme und Arbeitsabläufe zu testen, bevor sie den Kliniken über PodCAM Supplies empfohlen werden.

Bei den Kunden von PodCAM Supplies handelt es sich um medizinische Einrichtungen. Daher muss LaserCAM nicht nur einfach zu bedienen sein, sondern bei den von PodCAM Supplies empfohlenen Druckern müssen auch die Ansprüche einer Klinik berücksichtigt werden – etwa der Platzverbrauch des Druckers und der Nachbearbeitungsgeräte, der Preis und die Arbeitsabläufe.  

Obwohl das Fuse-Ecosystem einen geringen Platzbedarf hat, kann CADCAM Orthotics bis zu 12 Paar Einlagen in einem einzigen Druckauftrag unterbringen. Job sagt: „Da wir CAD-Software vertreiben, ist der Fuse sehr wettbewerbsfähig im Vergleich zu größeren SLS- und MJF-Maschinen, denn viele unserer Kunden möchten in ihrer eigenen Klinik und kleineren Laboren drucken.“

Als CADCAM Orthesis in den 3D-Druck einsteigen wollte, suchte das Unternehmen nach Optionen für Polypropylen, dem damaligen Branchenstandard, der inzwischen von Nylon abgelöst wurde. Bei der Beurteilung von 3D-Druckmaterialien für Nylon-Einlagen war es Job wichtig, „dass die Teile eine ausreichende Festigkeit hatten, im Hinblick auf Zugfestigkeit und Biegeprüfungen, damit sie nicht zerbrachen oder sich verformten.“

Auf dem Fuse 1+ 30W ist Nylon 11 Powder ein ideales Material für feste Orthesen mit hoher Duktilität und langfristiger Stabilität, so auch für Einlegesohlen. Darüber hinaus sind mit Nylon 11 Powder gedruckte Teile umweltstabil, nehmen nur sehr wenig Feuchtigkeit auf, sind licht-, hitze- und chemikalienbeständig und für den Hautkontakt als biokompatibel zertifiziert.

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Auch die große Materialauswahl floss in die Entscheidung für den Fuse 1+ 30W mit ein. Job erzählt: „Wir wollten mit Nylon 11 Powder ursprünglich unser Polypropylen ersetzen, und es hat sich dafür als gutes Produkt erwiesen. Was aber, wenn wir unterschiedliche Produkte aus Nylon 12 Pulver, Polypropylen oder TPU drucken möchten? Ganz zu schweigen davon, welche anderen Materialien Formlabs in den nächsten 10 Jahren entwickeln könnte.“

Der Fuse 1+ 30W ist in der Lage, sechs Pulver zu drucken, darunter auch biokompatible Materialien, und das interne Materialentwicklerteam von Formlabs arbeitet ständig an neuen, branchenführenden Materialien.

Diese wachsende Materialbibliothek ist eine Stärke des Fuse-Ecosystems. Job sagt: „Wenn wir unsere Produktion mit dem Fuse skalieren, werden wir in der Lage sein, eine breitere Materialpalette mit größerer Redundanz im Vergleich zur Konkurrenz anzubieten, was uns definitiv auch einen Wettbewerbsvorteil verschaffen wird.“

Es gibt zahlreiche Software-Lösungen für das Design von Orthesen, was für einen regen Wettbewerb in diesem Bereich sorgt. Job ist sich bewusst, dass jede Software-Lösung ihre eigenen individuellen Funktionen und Vorteile hat. LaserCAM konzentriert sich daher „auf das Design von Medizinprodukten, bei dem präskriptive Daten direkt zur Generierung von Orthesenmodellen verwendet werden“.

Das Team bemüht sich auch um eine offene Plattform, die es ermöglicht, mit jeder beliebigen Technologie zu arbeiten. Job erklärt: „Wir beschränken unsere Dateien nicht auf einen Drucker oder eine Art von 3D-Scanner. Wir versuchen, alle Scans anzunehmen und eine STL-Datei zu erzeugen, die mit jeder CNC-Fräse und heute mit jedem 3D-Drucker kompatibel ist. Ich denke, das hat uns geholfen, denn dadurch sind wir weniger voreingenommen, sodass wir direkt Empfehlungen darüber abgeben können, welche Hardware unserer Meinung nach am besten mit der Software funktioniert.“

Dank dieser Flexibilität kann die Zulieferabteilung des Unternehmens, PodCAM Supplies, mit den Gesundheitsdienstleistern und Orthesenherstellern zusammenarbeiten, um die optimalen Systeme für ihr Geschäft auszuwählen. Dabei wird für das Design der orthopädischen Einlagen stets die LaserCAM-Software verwendet.

Die Vorteile des 3D-Drucks – Kosteneinsparungen, Effizienz, ein sauberer Arbeitsbereich – ebnen in der Summe den Weg für mehr Innovationen. Job sagt: „An jedem Arbeitsplatz macht ein 3D-Drucker den Mitarbeitern Spaß, weil man damit innovativ sein kann und verschiedene Produkte und Prototypen entwickeln kann, die man sonst mit der CNC-Fräse nur schwer hätten herstellen können.“

Mit einfacheren Arbeitsabläufen, saubereren Arbeitsbereichen und den hervorragenden mechanischen Eigenschaften der SLS-Pulver dehnt das Fuse-Ecosystem in Kombination mit der LaserCAM-Software die Grenzen des Möglichen bei orthopädischen Einlagen weiter aus.

Wenn Sie erfahren möchten, wie das Fuse-Ecosystem Ihre Fertigung und Innovation vorantreiben kann, sprechen Sie mit unserem Expertenteam für 3D-Druck, oder fordern Sie eine mit dem Fuse 1+ 30W gedruckte Einlegesohle an, um sich selbst ein Bild von der Qualität zu machen.