Maßarbeit aus dem 3D-Drucker: Wie SLA und SLS die Zukunft von Arm- und Fußorthesen verändern

Orthesen gehören zu den stillen Helfern im Alltag. Sie stabilisieren, entlasten und geben Patientinnen und Patienten nach Verletzungen oder bei chronischen Beschwerden ihre Bewegungsfreiheit zurück. Doch die Herstellung war lange Zeit aufwendig, teuer und für viele Betriebe eine echte Herausforderung. Mit der additiven Fertigung, speziell mit SLA (Stereolithografie) und SLS-Druck (Selektives Lasersintern), beginnt gerade eine Revolution in der Orthopädietechnik.

Von Handarbeit zu Hightech

Traditionell werden Fuß- und Armorthesen in mehreren Schritten hergestellt: Gipsabdrücke, manuelles Gießen von Polymer und aufwendiges Schleifen. Prozesse, die nicht nur viel Zeit, sondern auch Fachpersonal mit handwerklichem Können erfordern. Genau das wird zunehmend knapp.

Die Kriwat GmbH aus Kiel zeigt, wie der Wandel gelingt. Das Unternehmen produziert jährlich rund 20.000 Orthesen und setzt mittlerweile konsequent auf den SLS-3D-Druck. Mit zwei Fuse 1+ 30W Druckern fertigt Kriwat täglich rund 100 passgenaue Einlagen, effizient, nachhaltig und mit geringeren Stückkosten. Das überschüssige Pulver wird recycelt, wodurch kaum Materialabfall entsteht. Für die Patientinnen und Patienten bedeutet das mehr Komfort, bessere Passform und kürzere Wartezeiten.

SLA oder SLS, wo liegt der Unterschied?

SLA (Stereolithografie) arbeitet mit flüssigem Kunstharz, das Schicht für Schicht durch UV-Licht ausgehärtet wird. Die Technologie punktet mit extrem glatten Oberflächen und hoher Detailtreue, ideal für filigrane Handorthesen oder Prototypen.

SLS (Selektives Lasersintern) hingegen nutzt Pulvermaterialien wie Nylon. Mit einem Laser werden die Partikel verschmolzen, sodass stabile und belastbare Teile entstehen. Perfekt für Fußorthesen, die täglicher Belastung standhalten müssen.

In der Orthopädietechnik ergänzen sich beide Verfahren: SLA für Präzision und Tragekomfort, SLS für Stabilität und Serienproduktion.

Digitale Arbeitsabläufe für die Fertigung individueller Orthesen mit 3D-Druck

Die Herstellung patientenspezifischer Orthesen mittels 3D-Druck erfordert drei zentrale Komponenten: einen 3D-Scanner (z.B. Shining 3D), eine CAD-Software sowie einen 3D-Drucker mit geeignetem Material. Abhängig von Orthesentyp, Stückzahl, Einsatzzweck, verfügbarem Raum und Budget stehen heute zahlreiche Lösungen zur Verfügung und der Zugang zu dieser Technologie ist mittlerweile deutlich einfacher geworden.

1. Scannen

Der erste Schritt ist die digitale Erfassung der Patientenanatomie mithilfe eines 3D-Scanners oder bildgebender Verfahren. Die gewonnenen Daten dienen als Grundlage für das spätere Design der Orthese.

Im Vergleich zu klassischen Verfahren wie Gipsabdrücken bietet das 3D-Scannen entscheidende Vorteile: höhere Präzision, schnellere Erfassung, geringeren manuellen Aufwand und mehr Flexibilität beim Einsatzort. Scanner für orthopädische Anwendungen sind in verschiedenen Preisklassen verfügbar und nutzen unterschiedliche Technologien wie LiDAR, Laser, Infrarot oder CT.

Beispiel: Beim Scannen von Füßen können die Daten unmittelbar digital weiterverarbeitet und zum Design sowie Druck übertragen werden. Dies beschleunigt den Prozess enorm.

2. Digitale Modellierung

Nach dem Scan folgt die Konstruktion der Orthese mit CAD- oder CAM-Software. Je nach Anwendungsfall stehen verschiedene Programme zur Verfügung, die auf Benutzerfreundlichkeit, Genauigkeit und Individualisierbarkeit ausgerichtet sind. Teilweise lassen sich Orthesen innerhalb weniger Minuten entwerfen.

Bevor die Modelle druckfähig sind, ist meist eine Reparatur des Gitternetzes notwendig. Anschließend wird das fertige Design in gängigen Dateiformaten (STL, OBJ oder 3MF) gespeichert und in eine Druckvorbereitungssoftware wie PreForm importiert. Für eine höhere Effizienz können, je nach Größe und Ausrichtung, mehrere Teile gleichzeitig gefertigt werden.

3. 3D-Druck der Orthesen

Für die Produktion stehen unterschiedliche 3D-Druckverfahren zur Auswahl. Die Entscheidung hängt von Faktoren wie Anwendungszweck, Bauteilgröße, Produktionsmenge und Designkomplexität ab.

• SLS (Selektives Lasersintern):
  Besonders geeignet für funktionale, langlebige Orthesen. Mehrere Teile können in einem Durchgang hergestellt werden, es gibt zahlreiche biokompatible Materialien (flexibel oder starr), und Stützstrukturen sind nicht erforderlich. Damit bietet SLS ein effizientes und kostengünstiges Gesamtverfahren.

• MJF (Multi Jet Fusion):
  Ähnlich wie SLS, jedoch mit deutlich höheren Investitionskosten. Deshalb vor allem für größere Produktionsvolumen sinnvoll.

• SLA (Stereolithografie):
  Wird genutzt, wenn glatte Oberflächen oder transparente Bauteile benötigt werden, z. B. für Nasenschutzmasken oder Innenteile von Schädelorthesen.

• FDM (Fused Deposition Modeling):
  Eine günstige Methode, die sich vor allem für Prototypen eignet, jedoch nicht die Haltbarkeit für Endprodukte bietet.

Ein Blick in die Zukunft

Die Kombination aus 3D-Scan, intelligenter Software und modernen 3D-Druckern eröffnet Orthopädinnen und Orthopäden völlig neue Möglichkeiten. Schnellere Fertigung, bessere Ergonomie und eine Demokratisierung der Technologie, auch kleine und mittelständische Betriebe können heute bezahlbar in die digitale Orthopädie einsteigen.

Was früher Tage oder Wochen dauerte, entsteht nun innerhalb von Stunden. Individuell, leicht und präzise. Für Patientinnen und Patienten bedeutet das Orthesen, die nicht nur funktional sind, sondern sich auch wirklich gut tragen lassen.

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Orthesen USE CASE