Neben den zahlreichen anderen Aktivitäten der WGP haben mehrere Institute begonnen, medizinische Schutzausrüstung in Kleinserien zu produzieren. Dabei zeigt sich, wie flexibel additive Fertigung sein kann.
Juni 2020 – Die Karlsruher ViDia Kliniken zum Beispiel hatten das wbk – Institut für Produktionstechnik des KIT um Unterstützung gebeten: Die Ärzte benötigten schnellstmöglich min. 100 Visiere aus Kunststoff. Diese tragen das Pflegepersonal und die Ärzte auf normalen Krankenstationen – zusätzlich zur vorgeschriebenen Atemmaske – beim direkten Kontakt mit Patienten, die sich mit COVID-19 infiziert haben. So schützen sie sich vor direkter Tröpfchen-Übertragung durch die Patienten.
Ebenso können die Visiere in den Notaufnahmen getragen werden sowie in allen OP-Bereichen bei Narkoseeinleitungen, im HNO-OP und bei Bronchoskopien der Lungenheilkunde und Lungenchirurgie, sowie auf den Intensivstationen. Die Visiere können auch Brillenträger aufsetzen.
Ein Visier in zwei Stunden gedruckt
Aktuell sind derartige Hilfsmittel am Markt kaum noch zu bekommen und dann auch nur zu stark überhöhten Preisen. Die Wissenschaftler haben daher zunächst begonnen, gemeinsam mit der Hochschule Karlsruhe eine Testreihe der Visiere zu fertigen. Wichtiges Element für die Herstellung der Visiere sind 3D-Drucker, die normalerweise im Prototypenbau und zu Forschungszwecken im Bereich der additiven Fertigung eingesetzt werden. Die Visiere werden mit etwa 30 3D-Druckern gefertigt, mittlerweile bei einer benötigten Zeit von ca. zwei Stunden pro Stück. Das Druckverfahren, welches dabei eingesetzt wird, ist die sogenannte Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling, FDM). Dabei wird Kunststoff in einem Druckkopf aufgeschmolzen und in dünnen Schichten auf einer Bauplattform aufgetragen.
Zunächst nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für die Produktion alle Hilfsmittel, die vorhanden waren: Durchsichtige Deckblätter für wissenschaftliche Abschlussarbeiten dienten als ‚Sichtbereich‘ der Visiere und wurden einfach gelocht, damit ein Gummiband durchgefädelt werden kann. Das Institut für Produktionsentwicklung (IPEK) des KIT unterstützte dann die Produktion mit seinem Lasercutter. Somit können nun die Schilde auf die passende Größe zugeschnitten und eine stabilere PET-Kunststofffolie eingesetzt werden. Auch ein Desinfektionsstand wäre an der HS Karlsruhe vorhanden, jedoch übernimmt die Klinik selbst die Desinfektion aller Visiere. Weitere Institute (wie das ISTM) beteiligten sich an der Produktion, nachdem die Prozesse am wbk sicher eingefahren worden waren. So konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 260 Masken an die ViDia Kliniken ausliefern und damit den vollständigen Bedarf decken. „Wir freuen uns sehr und sind dankbar für die gute und unbürokratische Kooperation mit dem KIT und den Partnern. In dieser außergewöhnlichen Situation ist es ermutigend zu erleben, wie eine schnelle Unterstützung durch lokale Einrichtungen möglich ist“, freut sich Richard Wentges, Vorstandsvorsitzender ViDia Christliche Kliniken Karlsruhe.
Visiere für Pflegepersonal und Ärzte | Quelle: wbk Institut für Produktionstechnik
Zudem konnte das wbk weitere 200 Visiere an das Deutsche Rote Kreuz, Kreisverband Karlsruhe, ausliefern, welches damit seine 80 Notfallhilfen ausgestattet hat.
Natürlich ist dies kein Prozess, der sich für eine Massenfertigung eignet und es werden hier auch keine zertifizierten medizinischen Hilfsmittel hergestellt – das ist auch nicht das Ziel. Aber die Karlsruher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind sich einig, dass sie angesichts der aktuellen Herausforderungen einen kleinen Beitrag für das Gemeinwohl leisten und ehrenamtlich unterstützen wollen, wo immer es ihnen möglich ist. Für die Kliniken ist diese Art der unbürokratischen Hilfe gerade von großer Bedeutung, damit sie sich auf die Versorgung ihrer Patienten konzentrieren können.
Flexibilität zeigt große Wirkung
Auch der Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK) der TU Kaiserslautern hat seinen Teil dazu beigetragen, die COVID-19-Pandemie in Rheinland-Pfalz einzudämmen. So haben die Forschenden für das medizinische Personal im Westpfalz-Klinikum und für mehrere Arztpraxen Schutzmasken per 3D-Druck produziert, um damit das Infektionsrisiko für Ärzte und Pflegepersonal zu reduzieren. Die Masken wurden ebenfalls mittels Fused Deposition Modeling schnell und kostengünstig gefertigt. Zugleich zeigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie die Gestaltungsfreiheit der additiven Fertigung flexible Reaktionen auf unerwartete Situationen ermöglicht.
Seit Anfang April wurde zudem am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der FAU Erlangen-Nürnberg eine Kleinserienproduktion mittels 3D-Druck von Schutzvisieren aufgebaut. Das Open-Source Design für die Schutzvisiere stammt wie bei den Karlsruher Forschenden von einer Initiative des 3D-Druckerherstellers Prusa. Die finalen Produkte können desinfiziert werden und sind somit wiederverwendbar. Der Lehrstuhl FAPS richtet sich mit seinem Angebot speziell an Einrichtungen mit kleinem bis mittleren Bedarf und dank dem engagierten Einsatz der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in Erlangen und Nürnberg konnten bereits etliche Arztpraxen, Pflegeheime und Rettungsdienste mit Schutzmaterial versorgt werden.
Beitragsbild: Visierherstellung aus dem 3-D-Drucker | Quelle: wbk Institut für Produktionstechnik
Ansprechpartner
wbk Karlsruhe
Prof. Volker Schulze
Tel. +49 721 608 42440
volker.schulze@kit.edu
https://www.wbk.kit.edu/21_210.php
Marcus Rosen
Tel.: +49 1523 950 2605
E-Mail: marcus.rosen@kit.edu
www.wbk.kit.edu/21_3464.php
Dr. Frederik Zanger
Tel. +49 1523 950 2633
frederik.zanger@kit.edu
https://www.wbk.kit.edu/21_319.php
FBK Kaiserslautern
Prof. Jan C. Aurich
Tel.: +49 631 205 2618
E-Mail: fbk@mv.uni-kl.de
FAPS Erlangen
Prof. Jörg Franke
Tel.: +49 9131 85 27569
E-Mail: joerg.franke@faps.fau.de
Hannah Riedle
Tel.: +49 9131 85 20246
E-Mail: hannah.riedle@faps.fau.de