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Brancheneinblicke

Wie Precision ADM zum größten Produzenten 3D-gedruckter Medizinprodukte wurde

COVID-19 versetzte die Welt im März 2020 in den Ausnahmezustand. Stand September 2020 hatten sich 25 Millionen Menschen weltweit mit der Krankheit angesteckt, Gewerbe, wie die Gastronomie und die Dienstleistungsbranche, mussten schließen, Gesundheitspersonal hatte mit Lieferengpässen bei PSA zu kämpfen, und es gab nicht genug Nasenrachenabstrichtupfer für Tests. Der Engpass bei den Nasenrachenabstrichtupfern ist eine große Herausforderung bei der Nachverfolgung und Eindämmung des Virus. Tests wurden verzögert und Labore konnten nicht mit voller Testkapazität arbeiten, während Geräte zur Analyse von Proben ungenutzt blieben.

In diesen Krisenzeiten suchten Einzelpersonen und Organisationen nach innovativer Abhilfe. Precision ADM, ein Unternehmen für additive Fertigung aus Kanada, richtete sein Geschäft auf den 3D-Druck von CANSWAB™ aus, einen von Health Canada genehmigten Nasenrachenabstrichtupfer. Precision ADM entwickelte die CANSWABs im März und innerhalb von fünf Monaten wurde der CANSWAB zum meistgedruckten Medizinprodukt. Mit mehr als 100 Form 3B Druckern krempelte das Unternehmen sein Geschäftsmodell um und arbeitete mit Formlabs zusammen, um eine maßgeschneiderte 3D-Drucklösung für den neuen Unternehmenszweck zu entwickeln.

Im Folgenden erfahren Sie:

  • Wie Precision ADM sein Geschäftsmodell veränderte, um auf COVID-19 zu reagieren.

  • Wie das Unternehmen von der Idee für einen Abstrichtupfer zur effizienten Herstellung von über 100 000 Abstrichtupfern pro Woche gelangt ist.

  • Wie das Unternehmen eine erweiterte Konstellation von 3D-Druckern ausarbeitete und innerhalb eines knappen Zeitplans umsetzte.

Vom Metall-3D-Druck zur Herstellung von Abstrichtupfern

Precision ADM hat viel Erfahrung im 3D-Druck und ist im Gesundheitswesen, der Luft- und Ramfahrt, der Industrie und im Verteidigungssektor tätig. Das Unternehmen verfügt über umfangreiche Erfahrung im Gesundheitswesen und hat mit Unternehmen zusammengearbeitet, die Implantate und Orthetik herstellen. Vor COVID-19 arbeitete Precision ADM vor allem mit Metall-3D-Druck. Das Unternehmen arbeitete vor allem mit Geräten von EOS wie dem M290 und dem M400. Metall-3D-Druck ist besonders in der Orthetik revolutionär. „Auch bei Knieimplantaten und Hüftimplantaten wird der Metall-3D-Druck verwendet. Es wird dabei mit Gitterstrukturen, mit Mikrostrukturen im Metall gearbeitet, die man auf herkömmliche Weise nicht fertigen kann“, so Martin Petrak, CEO von Precision ADM.

Doch das alles änderte sich, als COVID-19 im März 2020 zur globalen Gesundheitskrise wurde. In Kanada gab es einen erheblichen Engpass bei Nasenrachenabstrichtupfern für COVID-19-Tests. Zudem waren verfügbare Abstrichtupfer kontaminiert. Precision ADM zögerte nicht und versuchte, in dieser Situation zu helfen. Schon bald hatten sie großen Erfolg und wurden das erste Unternehmen in Kanada, das Abstrichtupfer mit 3D druckte.

„Als das alles passierte, sagten wir uns: gut, wie können wir schnell für eine Lösung sorgen, um der Allgemeinheit zu helfen? Idealerweise wollten wir den Menschen in unserer unmittelbaren Umgebung, in unserer Provinz und in Kanada helfen, doch wie konnten wir noch darüber hinaus helfen? Es begann ursprünglich damit, dass einige Leute Nasenrachenabstrichtupfer für COVID-19-Tests druckten. Große Engpässe. Und das ist etwas, wo wir möglicherweise Abhilfe schaffen konnten“, erzählt Petrak. „Es war sehr, sehr kurz nachdem alles passierte und wir sagten: Lasst uns ein paar von diesen Druckern besorgen. Machen wir ein paar Tests. Arbeiten wir daran, die Genehmigung von Health Canada zu erhalten, damit wir diese wichtige Testausrüstung wenigstens im eigenen Land und der eigenen Provinz sofort bereitstellen können.“

Petrak berichtet, dass sie sich an Formlabs wandten, da sie wussten, dass Formlabs eine bewährte Marke mit FDA-Genehmigung ist und unsere 3D-Drucker die treibende Kraft hinter den Abstrichtupfern waren, die Northwell Health zusammen mit USF Health entwickelte. „Wir wollen das Rad nicht neu erfinden. Besorgen wir uns ein paar Drucker, damit wir an einer Lösung arbeiten können, die funktioniert“, so Petrak.

Einrichtung des Werks

Precision ADM konnte die Abstrichtupfer dank Formlabs Factory Solutions, einem umfassenden und individuell gestalteten Paket für Hersteller, das 3D-Druck-Hardware, -Software und -Materialien enthält, drucken. Formlabs Factory Solutions spielte von Beginn an eine wichtige Rolle und arbeitete mit Precision ADM zusammen, um deren Herstellungsprozess effizienter zu gestalten. Precision ADM wurde mit maßgefertigten Software- und Hardwarelösungen ausgerüstet, um die Abläufe zu optimieren.

Formlabs Factory Solutions arbeitete mit Precision ADM zusammen, um Drucker und Kunstharz für einen möglichst schnellen Start bereitzustellen. Da Formlabs Erfahrung mit Abstrichtupfern hat – sowohl intern und bei der Zusammenarbeit mit Pionieren wie Northwell Health and USF Health –, konnte Formlabs verschiedene bewährte Praktiken in der Fertigung bereitstellen, die bei Precision ADM direkt umgesetzt werden konnten. Formlabs leistete ebenfalls Designhilfe, gab regulatorische Ratschläge, passte Software individuell an und optimierte Arbeitsabläufe. 

Laut Ryan Olson, Project Managing Engineer für die 3D-gedruckten Test-Abstrichtupfer, arbeitete das Team eng mit Formlabs zusammen, um das grundlegende Design und den Prozessablauf kennenzulernen. Nachdem die Grundlagen vermittelt waren, machten sie Iterationen und verbesserten die Energieeffizienz im Prozess. „Wir sind die einzelnen Schritte des Prozesses durchgegangen und haben uns wirklich bemüht, alle Implikationen der Parameter, des Inputs und des Ergebnisses zu verstehen ... dabei hat Formlabs viel geholfen“, so Olson.

Formlabs half Precision ADM bei der Aktualisierung des Fertigungsprozesses, um den von Health Canada genehmigten Abstrichtupfer zu drucken. Es war Teamarbeit, bei der es Prozessänderungen und Designanpassungen gab. „Wir haben um die vorhandenen Materialeigenschaften herum designt und mit dem gearbeitet, was wir von dem Material wussten ... wir haben uns auf unser Verständnis geometrischer Steifigkeit verlassen, um einen flexibleren Hals für erhöhten Patientenkomfort zu erhalten. Wir sind sehr zufrieden, dass unser Abstrichtupfer so biegsam ist. Er übertrifft die Flexibilitätsanforderungen von Health Canada“, sagt Olson.

Zudem half Formlabs Precision ADM dabei, effizienter zu werden und so die Kosten zu reduzieren. So ist das Unternehmen gegenüber anderen Herstellern von Nasenrachen-Abstrichtupfern konkurrenzfähig geworden. 

Das Unternehmen skalierte in drei Stufen und fügte in jeder Stufe Drucker hinzu – begonnen wurde mit 20, worauf 20 weitere in der zweiten Stufe hinzugefügt wurden. Kürzlich wurden 65 zusätzliche Drucker gekauft. Da die Formlabs-Drucker eine modulare Produktionstation aus mehreren Einzeldruckern bilden können, konnte PADM nach Bedarf Kapazitäten hinzufügen, anstatt spekulativ investieren zu müssen. Als Precision ADM eine große Bestellung durch einen Kunden erhielt, stellte Formlabs zusätzliche Produktionskapazität bereit, die innerhalb von zwei bis drei Wochen im Einsatz war.

Die Herstellung einer so großen Menge an Abstrichtupfern forderte höchstmögliche Effizienz. Der Arbeitsablauf bei der Produktion von Abstrichtupfern verlangt jeden Tag den Druck, die Nachbearbeitung und die Qualitätsuntersuchung, bevor die Abstrichtupfer zur Sterilisation und Verpackung versendet werden. „Wir haben die Waschzyklen validiert, um sicherzustellen, dass wir auch nach mehreren aufeinanderfolgenden Waschdurchgängen ein biokompatibles Produkt haben ... ohne das Material dabei zu beschädigen und gleichzeitig so viel IPA wie möglich zu recyceln“, erklärt Olson.

Formlabs Factory Solutions bietet die geringsten Gesamtbetriebskosten der Branche und die niedrigsten Investitionskosten pro Druckteil für Precision ADM. Mit kosteneffizienten, zuverlässigen und skalierbaren Druckern und Kunstharzen half das Formlabs Factory Solutions Team dabei, Kosten an vielen Punkten im Arbeitsablauf von Precision ADM zu reduzieren.

Die Abstrichtupfer von Precision ADM, die auf dem Form 3B mit Surgical Guide Resin gedruckt wurden, sind einzigartig. Sie sind zwar von den patentierten Abstrichtupfer von USF Health inspiriert, jedoch keine genaue Kopie. „Anfangs stellten wir fest, dass die Abstrichtupfer etwas spröde waren, weshalb wir betriebsintern einige Änderungen am Design vornehmen mussten. Wir haben darum etwas Reengeneering betrieben. Nach zahlreichen Tests hatten wir schließlich ein Design, mit dem wir etwas anfangen konnten und das auch bei der Anwendung für den Patienten angenehm ist“, berichtet Petrak. Die Abstrichtupfer wurde mit dem Warenzeichen CANSWAB™ angemeldet. So stellte Precision ADM, mit der Intention zu helfen, Mitte März zunächst Prototypen her und erhielt bereits Anfang Juli die Zulassung von Health Canada.

Unvorhergesehene Zeiten

COVID-19 und die Produktion von Abstrichtupfern veränderten das Geschäftsmodell von Precision ADM grundlegend. Früher lag das Hauptaugenmerk des Unternehmens auf der Luft- und Raumfahrt und der Orthetik. Mittlerweile ist das Unternehmen zu einem Hersteller von Medizinprodukten geworden, der jedoch weiterhin die Branchen bedienen möchte, in denen er sich zuvor großer Bekanntheit erfreute. Das Unternehmen erweiterte sogar seinen Betrieb durch den Kauf benachbarter Räumlichkeiten. Die Fläche wird für weitere Reinräume der Klasse 7 genutzt. Welche Herausforderungen COVID-19 auch immer bringen wird – eine zweite Welle, einen harten Herbst und Winter, eine jahrelange Pandemie oder neue Mutationen – Precision ADM ist darauf vorbereitet. Das Unternehmen stellte weitere Mitarbeiter ein, darunter Qualitätsprüfer und Ingenieure.

„Wir stellen Mitarbeiter für die Qualitätsprüfung ein, für die Kontrolle aller Formlabs-Geräte, die rund um die Uhr in unseren speziell eingerichteten Reinräumen laufen. Seit März sind wir unglaublich beschäftigt“, berichtet Petrak. „Wir haben Bestellungen von der kanadischen Regierung und unserer Provinzregierung erhalten und wir sind auf der Suche nach anderen Provinzen, die ebenfalls daran interessiert sind, sich mit diesen Abstrichtupfern einzudecken ... wir geben unser Bestes, der aktuellen Nachfrage nachzukommen und expandieren noch, um diese Nachfrage so gut wie möglich zu bedienen.“

Für Precision ADM war es nicht schwer, kunstharzbasierten Polymer-3D-Druck neben Metall-3D-Druck einzusetzen. Im Metall-3D-Druck ist deutlich mehr Aufsicht und Vorsicht erforderlich. Die Gefahr, dass etwas in Brand gerät, ist bei Metall deutlich höher als bei Kunstharz. Laut Petrak war es für die Ingenieure von Precision ADM ein Kinderspiel, die Form 3B Drucker in Betrieb zu nehmen.

Der Arbeitsprozess von Precision ADM für eine große Menge an gedruckten Abstrichtupfern

Precision ADM konnte sofort durchstarten und 110 000 bis 120 000 Abstrichtupfer pro Woche fertigen. Ziel ist es, 400 000 bis 500 000 Exemplare pro Monat zu drucken. Auch wenn sie viele neue Mitarbeiter für die Produktion der Abstrichtupfer eingestellt haben, so widmen sich nur ca. 30 Teammitglieder dieser Arbeit. Wie konnte Precision ADM ein großes Volumen an Abstrichtupfern ohne ein übermäßig großes Team so effizient produzieren? Große Bedeutung haben hier der optimierte Arbeitsablauf, der durch das Formlabs-Paket reibungslos gestaltet wurde, und die Form 3B Drucker, die nachts laufen können. 

Sobald die Ingenieure den Prototyp hatten und wussten, wie der Arbeitsablauf zu optimieren war, ging es nur noch darum, weitere Geräte hinzuzufügen. „Wirklich offensichtlich wird die Optimierung dann, wenn neue Geräte hinzugefügt werden können und es kein Problem darstellt, sie sofort in Betrieb zu nehmen. Wir wissen, wie es läuft. Wir können Geräte hinzufügen, sie ins Netzwerk einbinden, den Druck senden, und los geht's“, so Olson.

Die Zukunft des 3D-Drucks im Gesundheitswesen

Precision ADM hat weiterhin viel mit der Antwort auf COVID-19 zu tun. Doch selbst wenn COVID-19 vorbei ist, werden die Formlabs 3D-Drucker ihre Herangehensweise an den 3D-Druck verändert haben. „Wenn morgen plötzlich COVID-19 geheilt wird und wir keine weiteren Abstrichtupfer mehr brauchen, bin ich mir sicher, dass wir einen Verwendungszweck für die Drucker haben. Wir müssen einfach einen anderen Anwendungsfall finden“, sagt Petrak. Biokompatible Materialien spielten eine große Rolle bei zusätzlichen 3D-Druckanwendungen im Gesundheitswesen. Sie würden es Precision ADM ermöglichen, über den Metall-3D-Druck hinaus zu expandieren. Außerdem können mit 3D-Druck patientenspezifische Modelle produziert werden, da das Gesundheitswesen immer mehr auf Maßanfertigungen setzt.

„Früher dachten wir, dass wir nur ein Metall-3D-Druckunternehmen sind und dass wir uns nur darauf spezialisieren wollten ... wir wollten mit den hochwertigen Materialien wie Titan und Kobalt-Chrom-Legierungen arbeiten. Doch ich denke, dass sich für uns eine Tür geöffnet hat, um die Dinge anders zu betrachten“, so Petrak.