3D-Technologie – 3D-Druck und Scantechnologie

Neue Möglichkeiten in der orthopädietechnischen Versorgung bieten die 3D Drucktechnologie in Zusammenhang mit der Körperscantechnik.

3D-Scantechnologie

Bei der Fertigung von individuellen Orthesen ist eine präzise Maßerfassung besonders wichtig. Die Orthopädietechniker bei rahm setzen deshalb ein modernes 3D Körperscan-Verfahren ein. Dabei werden millimetergenau die Körpermaße berührungslos mit Hilfe eines Handscanners erfasst und anschließend in ein dreidimensionales Bild umgewandelt.
Der größte Vorteil der 3D Scantechnologie liegt in der berührungslosen Maßerfassung und dem Verzicht auf den belastenden Gipsabdruck. Zudem dauert der Scanvorgang nur wenige Sekunden, sodass nur eine geringe Wartezeit für die Patienten nötig ist. Die eingesparte Zeit kommt bei rahm dem Patienten zugute und wird in dessen Beratung und Behandlung investiert.
Unser Ziel ist es, Ihnen einerseits die Maßerfassung so angenehm wie möglich zu machen sowie präzise und zuverlässige Daten zu erhalten. Die innovative 3D-Scantechnologie ermöglicht uns beides.

3D-Drucktechnologie

Die gewonnenen Scan-Daten bilden das Körperteil ab, auf das die späteren Orthesen konstruiert werden. Nach bewährter Technik werden dann anhand dieser Modelle individuelle Hilfsmittel, aus Carbon-Materialien oder auch mit thermoplastisch verformbarem Kunststoff, hergestellt.
Daneben hält die additive Fertigung (3D Drucktechnologie) mehr und mehr Einzug. Bei dieser modernen Technologie werden die Hilfsmittel nach der dreidimensionalen Konstruktion schichtweise aufgebaut. Pulverisiertes Material wird durch Laserstrahlung miteinander verbunden, sodass besonders leichte und gleichzeitig sehr belastbare Orthesen gefertigt werden. Es entstehen orthopädische Hilfsmittel, die nicht nur eine erstklassige Funktionalität erfüllen, sondern auch ästhetischen Ansprüchen gerecht werden.

rios-Produktfamilie

Neben der gipsfreien, berührungslosen Abformung mit höchster Präzision, bieten die neuen Technologien eine noch nie dagewesene Vielfalt bei maßgefertigten Hilfsmitteln wie z. B. Hand-Fingerorthesen. Die neue Abteilung für Entwicklung und Konstruktion, mit speziell ausgebildeten Ingenieuren, arbeitet hier eng mit den erfahrenen Orthopädietechniker-Meistern zusammen. So trifft handwerkliche Erfahrung auf Hightech zu Gunsten der Patienten.

Zu den Krankheitsbildern, die Dank der 3D Drucktechnologie nun noch besser versorgt werden können, gehören beispielsweise arthrosebedingte Veränderungen der Hand und lähmungsbedingte Fehlfunktionen oder Kontrakturen.
Ein besonderer Vorteil für den Patienten entsteht durch die werkzeuglose Verstellbarkeit des Gelenksysteme sowie die luftdurchlässig leichten Konstruktionen.
Darüberhinaus ist auf Wunsch auch die individuelle Gestaltung der 3D-Druckorthesen möglich. Die Farbe des Hilfsmittels kann ausgewählt werden und das Erscheinungsbild ist grundsätzlich wesentlich moderner als herkömmliche Orthesen. Aus dem funktionalen medizinischen Hilfsmittel wird ein modisches Accessoire, das im Alltag nicht mehr versteckt werden muss.

3D gedruckte Kinderprothese

Seit 2015 beschäftigen wir bei rahm uns nun schon mit der innovativen Technologie des 3D Drucks.
In Verbindung mit dem 3D-Scan ermöglicht die Technologie uns die Konstruktion neuartiger Orthesen – und nun auch der ersten Kinderprothese.
Die Vorteile der 3D-Prothese für unsere kleine Patientin:
– besonders leicht – durch den Prothesenfuß im Leichtbaudesign
– geringerer Energieaufwand für die Bewegung – durch Energierückgabe durch die Carbonfeder
– stabiler Stand und ausreichend Bewegungsfreiheit – durch das Zusammenspiel von stabilisierenden und dynamischen Designelementen
– Hohe Akzeptanz der Prothese – durch individuelles Design und Auswahl der Farbkombination
(10 Farben stehen zur Auswahl)
– Ein weiterer besonderer Nebeneffekt unserer Prothesen ist die Herstellung aus erneuerbaren Ressourcen.

Unsere zweijährige Patientin, der ein Unterschenkel amputiert wurde, nahm ihre neue Prothese direkt an und ist noch am selben Tag ihre ersten Schritte, ohne fremde Hilfe, mit der Prothese gelaufen. Seither ist sie kaum mehr zu bremsen.

Neuartiges und individuelles Orthesendesign (FEA)

Mit Hilfe der Finiten Elemente Analyse (FEA) können in unserer F&E-Abteilung die Belastungen berechnet und simuliert werden, die im Alltag an Orthesen auftreten. Dies ermöglicht es uns Orthesen zu konstruieren und herzustellen, die nicht nur die orthopädische Korrekturwirkung optimal erfüllen können, sondern darüber hinaus unseren Patienten weitere Vorteile bieten:

• Deutlich geringeres Gewicht durch hohe Materialeinsparung
• Atmungsaktivität durch durchgehende Perforierung
• Perfekte Passform durch millimetergenauen 3D-Scan
• Hohe Akzeptanz durch das ansprechende Design

Um die individuellen Hilfsmittel zu konstruieren wird im ersten Schritt die Geometrie aus dem CAD-Modell in viele kleine Teilkörper geteilt, den so genannten Finiten Elementen. Der Computer wird dann von unseren Ingenieuren mit Informationen über Materialeigenschaften und auftretenden Belastungen, gestützt auf wissenschaftliche Studien, jedes einzelnen Teilkörpers gefüttert. Z.B. an welchen Stellen die Schiene an dem Arm des Patienten anliegt und an welchen bei einer auftretenden Spastik die höchsten Kräfte wirken.

Die spannungsoptimierte Schiene wird dann einer Topologieoptimierung unterworfen. Dabei werden die Ergebnisse der FEA so verändert, dass die Schiene ein minimales Volumen bei gleichzeitig maximaler Festigkeit erreicht. Der von der Software „Z88 Arion“ – auf Basis von mathematischen Algorithmen – errechnete Designvorschlag wird von unseren rahm-Ingenieuren überprüft. Anschließend entwerfen wir, auf Grundlage des berechneten Vorschlags, das neue Design der Schiene.

Dabei können grundsätzlich nicht alle Designvorschläge auch wirklich in der entstehenden Orthese umgesetzt werden. Neben den mechanischen Eigenschaften, spielen der Tragekomfort und die orthopädische Korrekturwirkung eine große Rolle. Die Freiflächen dürfen beispielsweise nur eine geringe Größe aufweisen, da sonst die Gefahr eines Lochödems bei den Patienten besteht. Unsere Ingenieure und Orthopädietechniker prüfen ganz genau, welche Designelemente eingesetzt werden können, ohne die orthopädische Wirkung zu beeinflussen.

Aus diesen Daten kann die vom Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD an der Universität Bayreuth entwickelte Software „Z88 Aurora“ die auftretenden Spannungen und Verschiebungen berechnen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse können wir bereits Aussagen über Schwachstellen treffen, an denen die Orthese später beispielsweise brechen könnte. An solchen Stellen werden Verstärkungen eingeplant, um die Spannungen besser aufnehmen zu können und um für Stabilität zu sorgen.

Wir sehen die Strukturoptimierung als logische Konsequenz der durch die 3D-Scantechnologie und den 3D-Druck begonnenen Individualisierung und Digitalisierung der Orthopädie an. So können wir spezifisch für jeden Patienten, die für ihn angemessenen Dimensionen der Orthese berechnen und ein individuelles Orthesendesign entwerfen. Die Zeit der klobigen und schweren Hilfsmittel gehört bei rahm der Geschichte an.

Kontakt

Sie sind der Meinung, dass unsere 3D-gedruckten Orthesen genau das Richtige für Sie sind oder haben noch Fragen?

… dann wenden Sie sich an Katharina Rogowski, um weitere Informationen zu erhalten oder einen individuellen Beratungstermin zu vereinbaren. Sie steht Ihnen gerne unter katharina.rogowski@rahm.de,0160-90147175 für Fragen zur Verfügung.