3D-Druck Digitaler Zwilling verbessert Prothesenherstellung

Ein Gastbeitrag von Alexander Chavez und Bettina Schoene*

Schätzungsweise 40 Millionen Menschen mit Amputation sind es weltweit – nur 5 Prozent davon haben Zugang zu Hilfsmitteln. Ein amerikanisches Start-up will das ändern und fertigt mithilfe des digitalen Zwillings kostengünstigere bionische Prothesen.

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Unlimited Tomorrow setzt den digitalen Zwilling ein, um hochwertige, leichte und kostengünstige Armprothesen für Kinder und Erwachsene herzustellen.
Unlimited Tomorrow setzt den digitalen Zwilling ein, um hochwertige, leichte und kostengünstige Armprothesen für Kinder und Erwachsene herzustellen.
(Bild: Siemens Digital Industries Software)

Eine Tasse sicher zu halten ist für Amputierte mit traditionellen Prothesen eine schwierige Aufgabe. Nicht jedoch mit dem bionischen Arm True-Limb von Unlimited Tomorrow. Mit Komponenten aus dem Xcelerator-Portfolio von Siemens Digital Industries Software und unter Einsatz des digitalen Zwillings stellen die Ingenieure des Unternehmens Prothesen her, mit denen ihre Träger nicht nur Tassen sicher halten können.

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Easton LaChappelle begann seine Laufbahn als Erfinder schon als Teenager, der zu Hause aus herumliegenden Teilen einen Roboterarm baute. Auf die Idee hatte ihn ein kleines Mädchen mit einer herkömmlichen Armprothese gebracht, das er bei einer Gesundheitsmesse kennengelernt hatte. Eine derartige Prothese kann 80.000 US-Dollar kosten, rund 1,8 Kilogramm wiegen und eine Lieferzeit von bis zu einem Jahr haben.

Heute, mit 26, ist Easton LaChappelle CEO und Gründer von Unlimited Tomorrow. Das in Rhinebeck im Staat New York ansässige Start-up hat es sich zur Aufgabe gemacht, kostengünstige, leichte und anspruchsvolle Prothesen für Kinder und Erwachsene zu bauen. Dabei setzt Unlimited Tomorrow auf Software aus dem Xcelerator-Portfolio von Siemens Digital Industries Software, wie die CAD/CAM/CAE-Softwarelösung NX.

Individualisierung mit leistungsstarker Software

Das Geschäftsmodell von Unlimited Tomorrow beruht auf Remote-Versorgung. Prothesen können bequem von zu Hause aus bestellt werden. Am Anfang steht ein 3D-Scan: Unlimited Tomorrow sendet seinen Kunden eine Scan-App, die auf einem mobilen Endgerät installiert wird. Dann scannt ein Familienmitglieder oder Freund den Armstumpf.

Zum Bestellprozess gehört auch die Auswahl einer zum Hautton passenden Farbe für die Prothese. 450 verschiedene Farbtöne stehen zur Wahl. Die gescannten Bilder werden anschließend an das Unternehmen übermittelt und von den Ingenieuren in NX Product Template Studio eingegeben. Dann beginnt der schwierigste Teil der Prothesenproduktion: die Konstruktion und Herstellung eines individuell gestalteten Schafts.

Der Schaft ist der Teil der Prothese, der auf den Armstumpf aufgesetzt wird. NX Product Template Studio macht es einfach, die vielen kleinen Variablen anzupassen, um so einen optimalen Sitz zu gewährleisten.

Easton LaChappelle

Dabei kommt es vor allem darauf an, das Tragen der Prothese so angenehm wie möglich zu machen. Zudem sollten die Sensoren, die Handbewegungen – beispielsweise zum Halten einer Tasse – möglich machen, optimal platziert sein. Diese Funktion ist es, die Prothesen von Unlimited Tomorrow von traditionellen, klauenähnlichen Apparaturen unterscheidet.

3D-Druck liefert bessere Ergebnisse

Anschließend erhält die virtuelle Prothese mithilfe eines HP Jet Fusion 580 Color 3D-Druckers ihre physische Form. Dabei spielt NX Additive Manufacturing eine entscheidende Rolle, denn die Lösung ist genau auf die Drucker von HP abgestimmt. „Mit NX liefert der HP 580 qualitativ hochwertigere Ergebnisse“, sagt Matt Landolfa, leitender mechanischer Konstrukteur bei Unlimited Tomorrow. „Mit unserer alten Software waren beim 3D-Druck die einzelnen Facetten zu sehen – nicht so bei NX. Die präzise Geometrie liefert ein wesentlich realistischeres Druckergebnis.“ Die Software trägt zu der natürlich wirkenden und ästhetisch ansprechenden Oberfläche von True-Limb-Prothesen bei.

Easton LaChappelle und sein Team sind stolz auf ihre Produkte. Bislang konzentrierten sie sich bei ihrer Arbeit auf Armprothesen. Ihre Innovationen haben den Markt für Armprothesen auf den Kopf gestellt, was nicht zuletzt auf den

  • Preis von 8.000 US-Dollar,
  • das Gewicht von nur rund einem halben Kilogramm und
  • die Lieferzeit von wenigen Wochen

zurückzuführen ist. Das ist weit entfernt von den teuren konventionellen Prothesen mit langen Lieferzeiten.

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Ausweitung der Produktion avisiert

Doch das Team von Unlimited Tomorrow ruht sich nicht auf seinen Lorbeeren aus. Geplant ist eine Expansion und eine Ausweitung des Angebots auf Prothesen für die unteren Extremitäten. Dann wird das Unternehmen noch mehr der schätzungsweise 40 Millionen Amputierten weltweit erreichen, von denen nur 5 Prozent Zugang zu Hilfsmitteln haben. Auch Exoskelette sollen zukünftig angeboten werden. Mit Blick auf das geplante Wachstum untersucht Unlimited Tomorrow weitere Komponenten des NX-Portfolios.

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Eine davon ist Teamcenter für die Verwaltung von Konstruktions- und Produktionsprozessen. Zur Skalierung additiver Anwendungen wenden die Siemens-Experten im Additive Manufacturing Experience Center (AMEC) in Erlangen Siemens’ ganzheitliche, durchgängige Prozesskette für mehrere Verfahren zur industriellen additiven Fertigung (AM) an. Im AMEC setzen sie neben weiteren Maschinen einen Multi Jet Fusion-Drucker von HP ein und verwenden Tecnomatix Plant Simulation zur Simulation von Fertigungsszenarios und zur Skalierung zukunftssicherer, automatisierter AM-Fabriken.

Was noch geplant ist

Derzeit untersucht Unlimited Tomorrow die Möglichkeit, 3D-Objekte mit der automatischen Nesting-Lösung von NX Build Preparation besonders dicht im Druckbereich des HP 580 zu positionieren. Außerdem führt das Unternehmen mit Siemens Gespräche über die Anwendung von Tecnomatix Plant Simulation zur Durchführung von Was-wäre-wenn-Analysen für die Wachstumsplanung und die Ausweitung der Aktivitäten.

Mit dieser und weiteren Softwarelösungen von Siemens ist Unlimited Tomorrow gut gerüstet, um die Versorgung mit Prothesen weltweit zu verbessern. Bemerkenswert ist vor allem, dass ein talentierter Teenager mit Spaß am Tüfteln diese Erfolgsgeschichte ins Rollen gebracht hat.

Buchtipp

Das Buch "Additive Fertigung" beschreibt Grundlagen und praxisorientierte Methoden für den Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie. Es richtet sich an Konstrukteure und Entwickler, um eine erfolgreiche Implementierung additiver Verfahren in ihren Unternehmen zu unterstützen.

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Der Artikel erschien zunächst auf unserem Partnerportal Devicemed.

* Alexander Chavez ist Journalist, Editor und Podcaster bei Ac Communications. Bettina Schoene ist Communications Manager bei Siemens Digital Industries im Bereich Content Marketing und Social Media.

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