COVID-19 verdeutlicht die entscheidende Rolle des 3D-Drucks im Gesundheitswesen

Der 3D-Druck als Retter in der Not

In den frühen Tagen der COVID-19-Pandemie war der 3D-Druck ein Star der Stunde und eroberte die Schlagzeilen. Überall druckten Menschen Teile für ihre lokalen Krankenhäuser.

Vom Hype zur nachhaltigen Unterstützung

Monate später nahm die Berichterstattung über 3D-gedruckte Schutzausrüstung (PSA) und Beatmungsgeräteteile ab. Doch die Rolle der Technologie im Kampf gegen das Virus entwickelte sich weiter.

Die Ausgangslage: Lieferengpässe weltweit

Als COVID-19 zuschlug, waren die USA und die Welt unvorbereitet. Die Nachfrage nach PSA explodierte, während Vorräte an Gesichtsschilden, Beatmungsgeräten und Masken zur Neige gingen.

Die Maker-Bewegung reagiert

Angesichts dieser Lage suchten Einzelpersonen und Unternehmen nach Lösungen. Für Besitzer von 3D-Druckern war die Entscheidung einfach: Drucker anwerfen und Teile fertigen.

Innerhalb von Tagen nutzten Hobbyisten, Werkstätten, Auftragsfertiger und Konzerne ihre additive Fertigung für PSA. Unzählige CAD-Dateien – von Beatmungsgeräte-Verteilern über Maskenkonzepte bis zu Gesichtsschilden – verbreiteten sich weltweit. Die Designs waren oft für den Druckprozess optimiert, was Vor- und Nachbearbeitungszeit reduzierte.

Geschwindigkeit als Trumpf: Industry 4.0 in Aktion

Designs wurden durch 3D-Druck fast augenblicklich zu greifbaren Produkten. Die Technik ist ein Vorzeigebeispiel für den Industry-4.0-Wandel, da die Maschinen wenig bis gar keine Rüstzeit benötigen. Material laden, CAD- oder Slice-Datei hochladen, Parameter eingeben, Druck starten – und in Minuten bis Stunden sind Teile fertig.

Herausforderungen und Qualitätsprobleme

Dennoch gab es Mängel: Viele Krankenhäuser mussten gespendete Druckteile wegwerfen, da sie Spezifikationen nicht erfüllten. Manche 3D-Druckverfahren konnten keine luftdichten Teile herstellen, was bestimmte Maskenteile unbrauchbar machte.

Standardisierung durch Zusammenarbeit

Als Reaktion arbeiteten das National Institute for Additive Manufacturing Innovation, die National Institutes of Health, die FDA und das Department of Veterans Affairs zusammen, um brauchbare Designs schnell zu prüfen und zu genehmigen. Dies half, Druckbemühungen zu standardisieren. Viele Maker blieben jedoch von dieser Clearingstelle uninformiert.

Fokus auf Komponenten statt Gesamtsysteme

Ein weiterer Nachteil war die Konzentration auf Einzelkomponenten statt kompletter Produkte. Etwa wurden gedruckte Stirnbandhalter für Gesichtsschilder genehmigt, aber transparente Schilder und Gummibänder kamen über traditionelle Kanäle. Deren 3D-Druck ist möglich, aber teuer und nur auf industriellen Maschinen machbar – für Großserien ungeeignet. Schließlich verdrängten kostengünstigere Lösungen sogar diese limitierten Anwendungen.

Kein Strohfeuer: 3D-Druck als Enabler traditioneller Fertigung

War der 3D-Druck nur ein kurzes Aufflackern? Keineswegs. Er wandelte sich zum hinter den Kulissen agierenden Input für kosteneffizientere Produktionstechnologien.

Funktionales Prototyping als Stärke

Die PSA-Reaktion zeigt: 3D-Drucker eignen sich hervorragend für schnelle Design-Iteration und funktionales Prototyping. Einmal ist das Design fixiert, sind andere Technologien oft besser. Zwar sind die Kosten der ersten 3D-gedruckten Einheiten niedriger als ein Spritzgusswerkzeug, aber sobald dieses gebaut ist, sind Zeit und variable Kosten pro Stück sehr gering – bei hohen Stückzahlen überholt Spritzguss den 3D-Druck. Letztlich liegt der 3D-Drucks Einfluss in der Unterstützung etablierter Prozesse.

Werkzeugbau: 3D-gedruckte Einsätze für Spritzgussformen

Eine Schlüsselrolle spielt der Werkzeugbau – die Herstellung individueller Werkzeuge für die Fertigung. Anwendungen reichen vom Halten von Werkstücken bis zur präzisen Platzierung ästhetischer Merkmale. Oft können Werkzeuge mit verbraucherfreundlichen Desktop-Extrusionsdruckern gefertigt werden.

Besonders nützlich in der COVID-19-Reaktion: 3D-gedruckte Einsätze für Spritzgusswerkzeuge. Im kommerziellen Einsatz kommen Pulverbettfusion-Drucker zum Einsatz, die hochkomplexe Metalleinsätze mit integrierten konformen Kühlkanälen fertigen. Diese ermöglichen aktiven Kühlmittelfluss – meist Wasser – um das heiße Metall, das die Formteile presst. Historisch wurden Kanäle gerade gebohrt; gedruckte Werkzeuge erlauben verwinkelte Kanäle, die traditionelle nicht realisieren können. Resultat: schnellere Abkühlung, kürzere Zykluszeiten, höhere Teileausbringung.

Fazit: Flexibler Partner in der Krise

COVID-19 rückte den 3D-Druck ins Rampenlicht. Schnelle Design-Iteration und Teilefertigung zur PSA-Linderung machten ihn zum wertvollen, flexiblen Teil der Frühreaktion. Als Designs genehmigt und fixiert waren, wechselte der 3D-Druck zunehmend zur Unterstützung traditioneller Fertigung durch gedruckte Werkzeuge. Damals wie heute spielt er eine wertvolle Rolle bei PSA-Fertigung und COVID-19-Bewältigung.

Cullen Hilkene ist Gründer und CEO von 3Diligent.