Aspek­te der Auto­ma­ti­sie­rung in der Ortho­pä­die-Tech­nik durch CAD und Addi­ti­ve Fertigung

B. Urban
Die 3D-Scantechnik sowie computergestützte Modellier- und Fertigungsverfahren ermöglichen eine immer weitgehendere Automatisierung von Prozessen in der Orthopädie-Technik. Grundlage einer gelungenen Automatisierung ist eine adäquate Standardisierung der Prozesse. Dazu müssen die einzelnen Prozessschritte klar definiert und voneinander abgegrenzt werden. Dies zeigt der Beitrag in idealtypischer Form auf. Für die einzelnen Prozessschritte werden anhand mehrerer Beispiele geeignete Verfahren dargelegt, mit denen verschiedene Grade der Automatisierung erreicht werden können. Zudem wird ein Überblick über computergestützte Fertigungsverfahren vermittelt. Abschließend diskutiert der Beitrag die Chancen, aber auch die Risiken einer zunehmenden Automatisierung von Fertigungsprozessen in der Orthopädie-Technik aus Sicht des Handwerks. Dabei wird auch die Frage nach möglichen Effizienzsteigerungen in den Blick genommen.

Ein­lei­tung

Ein­schlä­gi­ge Publi­ka­tio­nen über Digi­ta­li­sie­rung in der Ortho­pä­die-Tech­nik beschäf­ti­gen sich häu­fig mit der Anfer­ti­gung von Ein­zel­stü­cken, die in der jewei­li­gen Form nur für einen ein­zel­nen Pati­en­ten hilf­reich sind. Der eigent­li­che gro­ße Vor­teil der Digi­ta­li­sie­rung besteht jedoch in der Mög­lich­keit zur auto­ma­ti­schen und stan­dar­di­sier­ten Bear­bei­tung digi­tal erfass­ter Daten. So ist es seit Jah­ren auch im ana­lo­gen hand­werk­li­chen Ver­fah­ren üblich, Pati­en­ten auf der Grund­la­ge vor­lie­gen­der Daten zu ver­sor­gen, z. B. bei Unter­schen­kel­pro­the­sen, Sitz­scha­len und Nacht­la­ge­rungs­orthe­sen. Die „Über­set­zung“ sich wie­der­ho­len­der Tätig­kei­ten in die com­pu­ter­ge­stütz­te Bear­bei­tung und deren Wei­ter­ent­wick­lung ver­spre­chen nicht nur ein ver­bes­ser­tes Qua­li­täts­ma­nage­ment, son­dern auch eine ver­bes­ser­te Ska­lier­bar­keit von Ver­sor­gun­gen und damit schnel­le­re Lie­fer­zei­ten – so zumin­dest die Theo­rie. Im Fol­gen­den wer­den ein­zel­ne Pro­zess­schrit­te und Mög­lich­kei­ten zu ihrer Auto­ma­ti­sie­rung defi­niert und beschrieben.

Prozessmodell/Begriffsklärungen

Wird eine stär­ke­re Auto­ma­ti­sie­rung der Fer­ti­gungs­pro­zes­se in einem ortho­pä­die­tech­ni­schen Betrieb ange­strebt, ist es unab­ding­bar, zunächst den jewei­li­gen zu opti­mie­ren­den Pro­zess genau zu ana­ly­sie­ren, um exakt beschrei­ben zu kön­nen, wel­che Infor­ma­tio­nen für wel­chen Pro­zess­schritt als Input vor­lie­gen müs­sen und wel­che Infor­ma­tio­nen als Out­put gene­riert wer­den sollen.

Im Fol­gen­den wird ein ide­al­ty­pi­scher Fer­ti­gungs­pro­zess für eine ortho­pä­die­tech­ni­sche Ver­sor­gung beschrie­ben – einer­seits mit CNC-gestütz­ten, ande­rer­seits mit addi­ti­ven Fer­ti­gungs­ver­fah­ren (Abb. 1). Auf den klas­si­schen Her­stel­lungs­pro­zess wird dage­gen nicht genau­er ein­ge­gan­gen, da er als bekannt vor­aus­ge­setzt wer­den kann.

Da oft Begrif­fe wie „Modell“, „Werk­stück“ oder „Posi­tiv“ als Syn­ony­me für ver­schie­de­ne Zustän­de im Pro­zess ver­wen­det wer­den, wer­den nach­fol­gend kla­re Defi­ni­tio­nen getrof­fen, um im wei­te­ren Ver­lauf eine ein­deu­ti­ge Abgren­zung der ein­zel­nen Pro­zess­schrit­te von­ein­an­der gewähr­leis­ten zu können:

  • Beim Maß­neh­men wird meist ein 3D-Scan – häu­fig als Posi­tiv – des zu ver­sor­gen­den Kör­per­teils ange­fer­tigt. Bei Vor­lie­gen eines soge­nann­ten Biblio­theks­mo­dells ist es auch mög­lich, nur die Maße zu erfassen.
  • Bei der anschlie­ßen­den Model­lie­rung wird ein 3D-Scan durch Ver­än­de­run­gen am Com­pu­ter in eine digi­ta­le Zweck­form gebracht. Die­se dient als Basis für alle wei­te­ren Pro­zess­schrit­te, unab­hän­gig von der Wahl der fol­gen­den Fertigungsverfahren.
  • Die Zweck­form ist die end­gül­ti­ge drei­di­men­sio­na­le Aus­prä­gung des model­lier­ten Scans, die benö­tigt wird, um alle wei­te­ren Pro­zess­schrit­te aus­zu­füh­ren; sie bestimmt damit auch den Out­put der Modellierung.
  • Der Pro­zess­schritt des Tech­ni­schen Designs beschreibt den Vor­gang der Erstel­lung des 3D-Daten­sat­zes des spä­te­ren Werk­stücks aus der digi­ta­len Zweck­form. Die­ser Daten­satz wird genutzt, um das Werk­stück anschlie­ßend zu dru­cken. Wäh­rend des Tech­ni­schen Designs wer­den mit­tels Soft­ware auf der digi­ta­len Zweck­form Rand­ver­läu­fe, Zuschnit­te, Öff­nun­gen, Wand­stär­ken, Mus­ter und wei­te­re Aus­prä­gun­gen des Werk­stücks fest­ge­legt. Die­ser Pro­zess­schritt macht die Anfer­ti­gung einer phy­si­schen Zweck­form obso­let; die Zweck­form exis­tiert nur noch digital.
  • Beim CNC-Frä­sen hin­ge­gen wird die Zweck­form mit Hil­fe einer Maschi­ne phy­sisch her­ge­stellt. Sodann wird das Werk­stück mit­tels klas­si­scher ortho­pä­die­tech­ni­scher Ver­fah­ren her­ge­stellt, z. B. durch Tief­zie­hen von Kunststoffplattenmaterial.

Der Pro­zess der Addi­ti­ven Fer­ti­gung in der Ortho­pä­die-Tech­nik wur­de bereits häu­fig in der Lite­ra­tur dar­ge­stellt. Dabei wer­den die Bezeich­nun­gen „CAD“, „Modella­ti­on“ oder „3D-Design“ oft­mals zusam­men­fas­send für den Pro­zess­schritt ver­wen­det, der alle Arbei­ten am Com­pu­ter umfasst 1 2. Auf die­se Wei­se wer­den die Erstel­lung der Zweck­form und das Tech­ni­sche Design des Werk­stücks in einem Pro­zess­schritt zusam­men­ge­fasst. Für das klas­si­sche hand­werk­li­che Ver­fah­ren gilt das nicht: Dort sind die Pro­zess­schrit­te „Model­lie­rung des Gips­po­si­tivs“ und „Pla­nung der Fer­ti­gung“ (also etwa die Beant­wor­tung der Fra­ge, wie vie­le Lagen Car­bon ver­wen­det wer­den bzw. an wel­chen Stel­len das Werk­stück gefens­tert wird) deut­lich von­ein­an­der getrennt. Das ist auch sinn­voll, da in die­sen Teil­schrit­ten jeweils ganz ande­re Her­aus­for­de­run­gen an Tech­ni­ker und Soft­ware gestellt werden.

Wäh­rend die Pro­zess­schrit­te „Fer­tig­stel­lung zur Anpro­be“, „Anpro­be“, „Fer­tig­stel­lung“ und „Lie­fe­rung“ seit Bestehen der Ortho­pä­die-Tech­nik zum Stan­dard­re­per­toire jedes Hau­ses gehö­ren, haben Scan­ver­fah­ren, Model­lie­rung der Zweck­form, Tech­ni­sches Design, CNC-Frä­sen und 3D-Druck noch nicht über­all Ein­zug gefun­den. Das Fol­gen­de kon­zen­triert sich daher auf die­se Pro­zess­schrit­te. Auf die Beschrei­bung ver­schie­de­ner Scan-Ver­fah­ren und bestimm­ter Tricks bei deren Anwen­dung wird an die­ser Stel­le jedoch ver­zich­tet, da dies zwar Vor­aus­set­zung für eine digi­ta­le Bear­bei­tung, aber kaum auto­ma­ti­sier­bar ist.

Model­lie­rung der Zweckform

Die com­pu­ter­ge­stütz­te Model­lie­rung (CAD) in der Ortho­pä­die­tech­nik wird zwar bereits seit den 90er Jah­ren betrie­ben, ist aber erst in den letz­ten Jah­ren bedingt durch den tech­no­lo­gi­schen Fort­schritt und sin­ken­de Prei­se für Soft­ware und Aus­rüs­tung wei­ter in die Bran­che vor­ge­drun­gen 3 4. So gibt es am Markt eine Viel­zahl von Soft­ware­lö­sun­gen wie z. B. „Can­fit“ (Vor­um), „Rodin 4D“ (Rodin) oder „Geo­ma­gic Free­form“ (3D Sys­tems). All die­se Soft­ware­pro­gram­me bie­ten Mög­lich­kei­ten, Datei­en indi­vi­du­ell zu bear­bei­ten. Bei einer Viel­zahl von hän­di­schen indi­vi­du­el­len Model­lie­run­gen stellt sich aber oft die Fra­ge nach dem Mehr­wert gegen­über klas­sisch ana­log ange­fer­tig­ten Ver­sor­gun­gen. Ein wirk­li­cher Mehr­wert kann erst durch Stan­dar­di­sie­rung von Ver­sor­gun­gen mit Hil­fe von Soft­ware­lö­sun­gen erreicht werden.

Im Fol­gen­den wer­den anhand von Bei­spie­len aus den Soft­ware­lö­sun­gen „Rodin4D Neo“ und „Cube“ der Fir­ma Rodin die Mög­lich­kei­ten einer sol­chen Stan­dar­di­sie­rung erläu­tert. Die meis­ten ande­ren Soft­ware­lö­sun­gen bie­ten ähn­li­che und/oder gleich­wer­ti­ge Möglichkeiten.

Basis für die Stan­dar­di­sie­rung ortho­pä­die­tech­ni­scher Ver­sor­gun­gen sind kate­go­ri­sier­te Biblio­theks­mo­del­le von Zweck­for­men. Bei Chê­ne­au-Kor­set­ten bei­spiels­wei­se wer­den die Zweck­for­men klas­si­scher­wei­se nach Krüm­mungs­ty­pen und Schwe­re der Krüm­mung kate­go­ri­siert. Auf der Grund­la­ge der indi­vi­du­el­len Pati­en­ten­da­ten wird dann eine ent­spre­chen­de Biblio­theks­da­tei zur wei­te­ren Ver­ar­bei­tung ausgewählt.

Die ein­fachs­te Vari­an­te zum Arbei­ten mit Biblio­theks­mo­del­len ist das Anpas­sen von Maßen eines Biblio­theks­mo­dells an die Maße des Pati­en­ten. Dazu gibt es inner­halb der Soft­ware­lö­sun­gen ent­spre­chen­de Tools, bei denen Umfangs‑, Ante­rior-pos­te­rior- (AP) und/oder Medi­o­la­te­ral-Maße (ML) in defi­nier­ten Ebe­nen geän­dert wer­den und das Biblio­theks­mo­dell auto­ma­tisch ent­spre­chend ange­passt wird. Zudem wer­den die Höhen­ma­ße, also die Abstän­de zwi­schen den defi­nier­ten Ebe­nen, anhand eines Maß­blat­tes defi­niert. Je nach Art der Ver­sor­gung sind über­dies indi­vi­du­el­le Zuschlä­ge bzw. Abzü­ge an den Pati­en­ten­ma­ßen vor­zu­neh­men. Dies ist not­wen­dig, da die genom­me­nen Maße den rea­len Kör­per des Pati­en­ten beschrei­ben – das Biblio­theks­mo­dell hin­ge­gen wur­de schon in eine Zweck­form gebracht. Wer­den nun ledig­lich die Maße des Pati­en­ten in das Biblio­theks­mo­dell über­nom­men, kann das fer­ti­ge Hilfs­mit­tel zu eng oder zu weit sein. Im Bei­spiel in Abbil­dung 2 wer­den die Umfangs‑, AP‑, ML- und Höhen­ma­ße in fünf defi­nier­ten Ebe­nen ver­wen­det, um ein bestehen­des Biblio­theks­mo­dell eines Chê­ne­au-Kor­setts an einen neu­en Pati­en­ten anzu­pas­sen (von oben):

  • Cla­vicu­la,
  • Xipho­id,
  • Cris­ta iliaca,
  • Spi­nen sowie
  • Tro­chan­ter major.

Der Nach­teil die­ser Metho­de besteht aller­dings dar­in, dass dabei zwar Maß­ge­nau­ig­keit gesi­chert ist, jedoch kei­ne Form­ge­nau­ig­keit. Denn rota­to­ri­sche Kom­po­nen­ten kön­nen dabei nur bedingt berück­sich­tigt wer­den. Das ange­pass­te Biblio­theks­mo­dell ist nur ein in den ent­spre­chen­den Ebe­nen in Umfang und Höhe ange­pass­tes Modell, jedoch wird die Form nicht an die rea­le Kör­per­form des Pati­en­ten ange­passt. Des­halb sind bei die­ser Metho­de oft sowohl bei der Model­lie­rung der Zweck­form als auch bei der Anpro­be beim Pati­en­ten spä­ter Nach­be­ar­bei­tun­gen und Ände­run­gen nötig.

Die­se Pro­ble­me las­sen sich umge­hen, indem man zur Model­lie­rung tat­säch­lich ein Posi­tiv des zu ver­sor­gen­den Kör­per­teils – in die­sem Fall einen 3D-Scan – ver­wen­det. Dabei ste­hen dann nicht nur die Maße in weni­gen aus­ge­wähl­ten Ebe­nen zur Ver­fü­gung, son­dern eine kom­plet­te Abbil­dung des zu ver­sor­gen­den Kör­per­teils. Um nicht für jede Ver­sor­gung eine kom­plett neue Model­lie­rung zu erar­bei­ten, gibt es auch hier die Mög­lich­keit, mit Biblio­theks­mo­del­len zu arbei­ten. Dazu wird der Scan geöff­net und das Biblio­theks­mo­dell impor­tiert (Abb. 3). Anschlie­ßend wer­den die Umfangs- und Höhen­ma­ße des Biblio­theks­mo­dells grob an den Scan ange­passt und bei­de dann mit­ein­an­der „ver­schmol­zen“ (Abb. 4). Die Form des ursprüng­li­chen 3D-Scans des Kör­per­teils wird dabei nicht ver­än­dert; es wer­den ledig­lich die Posi­tio­nie­run­gen und Aus­prä­gun­gen der ortho­pä­die­tech­nisch rele­van­ten Infor­ma­tio­nen in Form von Tools auf den ori­gi­na­len 3D-Scan über­tra­gen. Das Bei­spiel in Abbil­dung 4 zeigt die ange­pass­te Posi­tio­nie­rung des Tools zur Ent­las­tung des Caput fibu­lae, des Fibu­laköpf­chens. Zur end­gül­ti­gen Model­lie­rung der Zweck­form wer­den alle Tools nach­ein­an­der auf kor­rek­te Posi­ti­on und Aus­prä­gung geprüft und falls nötig nach­ge­passt. Die fer­ti­ge Model­lie­rung der Zweck­form ist in Abbil­dung 5 wiedergegeben.

Als letz­te Mög­lich­keit zur Stan­dar­di­sie­rung steht das soge­nann­te Mor­phing zur Aus­wahl. Dabei wird der 3D-Scan auto­ma­tisch anhand eines Algo­rith­mus in die gewünsch­te Zweck­form gebracht. Aktu­ell gibt es jedoch noch kei­ne fer­ti­ge Soft­ware­lö­sung für ortho­pä­die­tech­ni­sche Bedürf­nis­se am Markt, die dies von Haus aus beherrscht. Die Metho­de des Mor­phings wür­de den höchs­ten Auto­ma­ti­sie­rungs­grad liefern.

CNC-Frä­sen

Die digi­tal erstell­te Zweck­form wird in die­sem Pro­zess­schritt mit­tels einer 3‑Achs-Frä­se oder eines 6‑Achs-Robo­ters meist aus Poly­ure­than­schaum ver­schie­de­ner Dich­te­gra­de gefräst. Dabei ist zu beach­ten, dass Zweck­for­men von Orthe­sen in der Regel nur mit einem 6‑Achs-Robo­ter ein­tei­lig gefräst wer­den kön­nen. Um die Pro­gram­mie­rung der Maschi­nen so sim­pel wie mög­lich zu gestal­ten, wer­den meist Vor­la­gen in gän­gi­gen Computer-Aided-Manufacturing-(CAM-)Softwarelösungen ver­wen­det, die auf das jewei­li­ge Set­ting aus­ge­rich­tet sind. Abbil­dung 6 zeigt eine Vor­la­ge zur Frä­sung einer Unter­schen­kel­orthe­se. Auch hier fällt Arbeits­zeit nicht nur in Form der Pro­gram­mie­rung, son­dern auch in Form von Rüst­zei­ten an, die in den Auf­wandskal­ku­la­tio­nen häu­fig nicht berück­sich­tigt werden.

Die anschlie­ßen­de Fer­ti­gung des Werk­stücks wird mit­tels der klas­si­schen Ver­fah­ren durch­ge­führt. Aller­dings ist dabei zu beach­ten, dass bei einem fol­gen­den Tief­zieh­pro­zess in der Fer­ti­gung ein spe­zi­el­les Trenn­mit­tel benö­tigt wird, da ansons­ten oft­mals Tri­kot­schlauch und Werk­stück unab­sicht­lich mit­ein­an­der ver­schweißt wer­den. Dies führt zu einer schlech­ten Ober­flä­chen­qua­li­tät des Werkstücks.

Tech­ni­sches Design

Wie bei der Model­lie­rung der Zweck­form soll­te auch beim Tech­ni­schen Design des digi­ta­len Werk­stücks aus Effi­zi­enz­grün­den und zur Qua­li­täts­si­che­rung eine Stan­dar­di­sie­rung des Pro­zes­ses ange­strebt wer­den. Zwar ist es auch an die­ser Stel­le mög­lich, voll­kom­men frei ein Design basie­rend auf einer Zweck­form zu erstel­len. Dies ist aber äußerst auf­wen­dig; daher gibt es ver­schie­de­ne Mög­lich­kei­ten zur Arbeitsvereinfachung.

Bei der Erstel­lung der Zweck­form mit einem Biblio­theks­mo­dell kön­nen schon Rand­ver­läu­fe und Berei­che für ver­schie­de­ne Wand­stär­ken des Werk­stücks über­nom­men wer­den (Abb. 7). Somit wird über das Biblio­theks­mo­dell direkt ein Design­vor­schlag für das digi­ta­le Werk­stück ent­wi­ckelt. Die­ser kann anschlie­ßend in die Soft­ware für das Tech­ni­sche Design über­ge­ben wer­den. An die­ser Stel­le wird mit­tels der digi­ta­len Zweck­form das digi­ta­le Werk­stück erzeugt. Abbil­dung 8 zeigt die ver­schie­de­nen Berei­che des digi­ta­len Werk­stücks im Pro­zess­schritt „Tech­ni­sches Design“. Aller­dings müs­sen den Berei­chen bei jedem Pati­en­ten erneut bestimm­te Wand­stär­ken zuge­ord­net und die ein­zel­nen Berei­che anschlie­ßend mit­tels Boole’scher Ope­ra­tio­nen zusam­men­ge­fügt und bear­bei­tet wer­den (Abb. 9).

Selbst mit der mög­li­chen Über­nah­me der Bereichs­ver­läu­fe für das Werk­stück ist der Auf­wand zur Erstel­lung eines digi­ta­len Werk­stücks nicht zu unter­schät­zen. Des­halb wird seit eini­ger Zeit sei­tens des Unter­neh­mens Rodin die Ent­wick­lung eines neu­en Werk­zeugs, des „Dyna­mic Fusi­on Tool“ (kurz DFT), vor­an­ge­trie­ben. Die­ses ermög­licht bei Vor­lie­gen einer digi­ta­len Zweck­form und eines Biblio­theks­mo­dells des Werk­stücks ein Mor­phing, um damit gro­ße Tei­le der Arbeit zu auto­ma­ti­sie­ren. Dazu wird zunächst die Zweck­form des jewei­li­gen Pati­en­ten in der Soft­ware geöff­net und anschlie­ßend über das „Dyna­mic Fusi­on Tool“ die ent­spre­chend vor­be­rei­te­te Biblio­theks­da­tei des Werk­stücks impor­tiert. Die im Biblio­theks­mo­dell vor­han­de­nen „Land­marks“ wer­den auf die aktu­el­le Zweck­form über­tra­gen und der Mor­phing-Pro­zess gestar­tet (Abb. 10). Die Land­marks müs­sen für jede Vor­la­ge indi­vi­du­ell fest­ge­legt wer­den, wobei sie sich an den geo­me­tri­schen For­men des 3D-Daten­sat­zes ori­en­tie­ren. Das Tool erstellt nun auto­ma­tisch den 3D-Daten­satz des Werk­stücks (Abb. 11). Der neue 3D-Daten­satz wur­de aus einem alten Daten­satz per Mor­phing erstellt.

Es muss an die­ser Stel­le jedoch dar­auf hin­ge­wie­sen wer­den, dass die­ses Tool aktu­ell eini­ge Anfor­de­run­gen noch nicht in Gän­ze abbil­den kann. So ist es aktu­ell nicht sinn­voll, Ver­schlüs­se direkt per DFT anzu­pas­sen, da ansons­ten die Brei­te der Gur­te eben­falls ent­spre­chend ange­passt wer­den müss­te. Die Auf­nah­men für die Gur­te wer­den aktu­ell nach Anwen­dung des Tools hän­disch inner­halb der Soft­ware ein­ge­setzt, und auch die Wand­stär­ken müs­sen teil­wei­se hän­disch kor­ri­giert wer­den. Trotz die­ser noch vor­lie­gen­den klei­nen Ein­schrän­kun­gen ist das Tool bereits jetzt ein Mei­len­stein in der Auto­ma­ti­sie­rung zur Erstel­lung digi­ta­ler Werk­stü­cke. Es befin­det sich zum jet­zi­gen Zeit­punkt noch in der Pilot­pha­se und wird nur mit eini­gen weni­gen Betrie­ben getes­tet. Das Datum der offi­zi­el­len Ver­öf­fent­li­chung der Soft­ware ist noch nicht bekannt.

3D-Druck

In der Ortho­pä­die-Tech­nik wer­den meist die fol­gen­den addi­ti­ven Ver­fah­ren angewendet:

  • Mul­ti Jet Fusi­on (MJF),
  • Selek­ti­ves Laser­sin­tern (SLS) oder
  • Fused Depo­si­ti­on Mode­ling (FDM).

Dabei wei­sen Werk­stü­cke, die per FDM-Ver­fah­ren gedruckt wer­den, ungüns­ti­ge mecha­ni­sche Eigen­schaf­ten auf; für dyna­misch belas­te­te Werk­stü­cke wer­den also meist die Ver­fah­ren MJF und SLS ein­ge­setzt. Aller­dings besteht bei allen auf die­se Wei­se gedruck­ten Werk­stü­cken nur eine beding­te ther­mi­sche Ver­form­bar­keit. Auch ist die Ober­flä­chen­qua­li­tät schlech­ter als bei klas­sisch her­ge­stell­ten Werk­stü­cken; eine Nach­be­ar­bei­tung mit­tels Strah­len, Gleit­schlei­fen, Ober­flä­chen­ver­dich­tung oder ande­ren Ver­fah­ren ist daher not­wen­dig. Zudem sind bei addi­ti­ven Ver­fah­ren oft­mals nicht die­sel­ben Werk­stof­fe ver­füg­bar, die seit Jahr­zehn­ten in der Ortho­pä­die­tech­nik ein­ge­setzt wer­den 5. Dies muss bereits beim Tech­ni­schen Design beach­tet wer­den, da ansons­ten ein Ver­sa­gen des Werk­stücks droht. Trotz all die­ser Her­aus­for­de­run­gen ist es den­noch sinn­voll, Werk­stü­cke unter bestimm­ten Vor­aus­set­zun­gen zu dru­cken, da die­ser Pro­zess das höchs­te Auto­ma­ti­sie­rungs­po­ten­zi­al bietet.

Dis­kus­si­on

Heu­ti­ge Soft­ware­lö­sun­gen bie­ten vie­le Mög­lich­kei­ten zur Anfer­ti­gung von Hilfs­mit­teln. Eine Auto­ma­ti­sie­rung aller beschrie­be­nen Pro­zess­schrit­te ist zwar prin­zi­pi­ell mög­lich, befin­det sich aber in den Details noch in der Ent­wick­lung. Das „Dyna­mic Fusi­on Tool“ der Fir­ma Rodin bei­spiels­wei­se wird inner­halb des Pro­zess­schritts des Tech­ni­schen Designs für eine noch nie dage­we­se­ne Wie­der­hol­ge­nau­ig­keit und Qua­li­täts­sta­bi­li­tät sor­gen, kann aber nur der Anfang sein.

Auch für die Model­lie­rung von Zweck­for­men ist in den nächs­ten Jah­ren die brei­te Anwen­dung ver­gleich­ba­rer Tools nur eine Fra­ge der Zeit. Sowohl der 3D-Druck als auch das CNC-Frä­sen bie­ten bereits heu­te einen sehr hohen Auto­ma­ti­sie­rungs­grad. Das CNC-Frä­sen ist bei der Anfer­ti­gung vie­ler Werk­stü­cke auf­grund der not­wen­di­gen nach­ge­la­ger­ten Fer­ti­gung gegen­über dem 3D-Druck heu­te aber nur noch als Brü­cken­tech­no­lo­gie einzuschätzen.

Wer­den die hier vor­ge­stell­ten Ansät­ze kon­se­quent wei­ter­ver­folgt, ste­hen eini­ge Fra­gen im Raum, die beant­wor­tet wer­den müs­sen. So muss bei­spiels­wei­se die Fra­ge der Indi­vi­dua­li­tät der Ver­sor­gung dis­ku­tiert werden.

Wer­den Hilfs­mit­tel stan­dar­di­siert für einen bestimm­ten Pati­en­ten her­ge­stellt, stellt sich die Fra­ge, ob sol­che Ver­sor­gun­gen tat­säch­lich noch indi­vi­du­ell oder „nur“ per­so­na­li­siert sind. An die­ser Stel­le muss auf die regu­la­to­ri­schen Anfor­de­run­gen hin­ge­wie­sen wer­den. Für Son­der­an­fer­ti­gun­gen gel­ten ver­ein­fach­te Kon­for­mi­täts­be­wer­tungs­ver­fah­ren ohne Ein­be­zie­hung benann­ter Stel­len. Im Zuge der MDR war unklar, ob 3D-gedruck­te Hilfs­mit­tel über­haupt als Son­der­an­fer­ti­gun­gen gel­ten 6. Auf eine Anfra­ge des Ver­ban­des der deut­schen Den­tal­in­dus­trie hin wur­de aber sei­tens der Euro­päi­schen Kom­mis­si­on klar­ge­stellt, dass es sich immer um eine Son­der­an­fer­ti­gung han­delt, sobald ein Medi­zin­pro­dukt auf­grund einer schrift­li­chen Ver­ord­nung für einen bestimm­ten Pati­en­ten her­ge­stellt wird 7.

Aus Sicht des Hand­werks steht zudem die wich­ti­ge Fra­ge im Raum, wie hand­werk­li­ches Wis­sen auch in Zukunft bewahrt wer­den kann. Denn auch wenn vie­le Ver­sor­gun­gen in Zukunft weit­ge­hend digi­tal erar­bei­tet wer­den kön­nen, wird es immer Ver­sor­gun­gen mit beson­de­ren Anfor­de­run­gen geben, die nicht durch einen Algo­rith­mus abge­deckt wer­den können.

Bereits jetzt ist zu beob­ach­ten, dass immer weni­ger Tech­ni­ke­rin­nen und Tech­ni­ker über­haupt noch wis­sen, wie bei­spiels­wei­se Leder ver­ar­bei­tet wird – ein Werk­stoff, der sich kaum für eine digi­ta­le Ver­ar­bei­tung eig­net. Auch wenn Ver­sor­gun­gen mit Leder heu­te kein Stan­dard mehr sind, wird die­ser Werk­stoff doch wei­ter­hin gele­gent­lich benötigt.

Des Wei­te­ren muss man sich kri­tisch mit der Kal­ku­la­ti­on der Arbeits­zeit in der Fer­ti­gung aus­ein­an­der­set­zen. Oft­mals wird zwar in Ver­bin­dung mit digi­ta­len Pro­zes­sen von hohen Effi­zi­enz­stei­ge­run­gen gespro­chen – bei nähe­rer Betrach­tung sind vie­le Ver­glei­che jedoch unpas­send. So wer­den oft­mals nur die Kos­ten für den 3D-Druck mit denen der gesam­ten kon­ven­tio­nel­len Fer­ti­gung ver­gli­chen und dabei ver­ges­sen, dass dafür sowohl ein Tech­ni­sches Design (das eben­falls Zeit kos­tet) als auch eine Nach­be­ar­bei­tung erfor­der­lich sind, weil eine per 3D-Druck erstell­te Ver­sor­gung nicht ein­fach abge­ge­ben wer­den kann, zumal wenn z. B. Ver­schlüs­se oder Ähn­li­ches noch gefer­tigt wer­den müssen.

Schließ­lich wer­den häu­fig sowohl die Kos­ten für nöti­ge Inves­ti­tio­nen in Soft­ware und Tech­nik als auch Per­so­nal­kos­ten für CAD-Inge­nieu­re den Kos­ten für die kon­ven­tio­nel­le Tech­nik als gleich­wer­tig gegen­über­ge­stellt. Den­noch zei­gen die Erfah­run­gen des Autors, dass Stan­dar­di­sie­rung und Auto­ma­ti­sie­rung zu einer ver­bes­ser­ten Ver­sor­gung der Pati­en­ten führen.

Fazit

Die Auto­ma­ti­sie­rung ver­schie­de­ner Pro­zess­schrit­te der Ver­sor­gung ist zumin­dest in Teil­be­rei­chen bereits heu­te in der Pra­xis ange­kom­men. Getrie­ben durch die Inno­va­ti­on des 3D-Drucks und des­sen Auto­ma­ti­sie­rungs­po­ten­zi­al sind bereits gro­ße Fort­schrit­te erzielt wor­den. Aller­dings wer­den dabei in jedem ein­zel­nen Pro­zess­schritt ande­re Anfor­de­run­gen an Mensch und Tech­nik gestellt. Die größ­te Her­aus­for­de­rung in die­sem Zusam­men­hang lau­tet, die Vor­tei­le einer weit­ge­hen­den Stan­dar­di­sie­rung mit der not­wen­di­gen Indi­vi­dua­li­tät von Ver­sor­gun­gen in Ein­klang zu brin­gen. Wird die­se Pro­ble­ma­tik gelöst, sind Effi­zi­enz­stei­ge­run­gen sicher­lich zu erwar­ten. Jedoch stellt sich wei­ter­hin die Fra­ge, inwie­fern sich eine weit­ge­hend auto­ma­ti­sier­te Fer­ti­gung auf die Qua­li­tät der Ver­sor­gun­gen aus­wirkt: Kann ein Algo­rith­mus die Ver­sor­gung eines Krank­heits­bil­des wirk­lich so indi­vi­du­ell gestal­ten, dass eine best­mög­li­che Ver­sor­gung gewähr­leis­tet wird?

Hier wird zumin­dest in den nächs­ten Jah­ren ein Mit­tel­weg zwi­schen klas­si­scher und auto­ma­ti­sier­ter Her­stel­lung exis­tie­ren, bis die Algo­rith­men die not­wen­di­ge Qua­li­tät errei­chen, um mit dem Fach­wis­sen und dem hand­werk­li­chen Geschick der Tech­ni­ker zu kon­kur­rie­ren. Auch sind wei­te­re Fort­schrit­te inner­halb der Addi­ti­ven Fer­ti­gung nötig, um Lie­fer­zei­ten auf gewohnt nied­ri­gem Niveau anbie­ten zu können.

Schließ­lich wird auch das geis­ti­ge Eigen­tum an sol­chen Algo­rith­men für Dis­kus­sio­nen sor­gen. So wer­den die Fir­men, die die bes­ten Algo­rith­men ent­wi­ckeln, einen ent­schei­den­den Wett­be­werbs­vor­teil besit­zen; das ent­spre­chen­de Wis­sen wird nicht mehr so ein­fach zugäng­lich sein. Die­se Pro­ble­ma­tik wird bis in die Aus­bil­dung aus­strah­len: Wie kann jemand für die Her­stel­lung und Anpas­sung von Hilfs­mit­teln mit den geschil­der­ten Tech­no­lo­gien aus­ge­bil­det wer­den, wenn nicht klar ist, wie der jewei­li­ge Algo­rith­mus arbei­tet bzw. wenn eini­ge Schu­len und Betrie­be nicht ein­mal Zugang zu sol­chen Algo­rith­men haben? Hier müs­sen zeit­nah Lösun­gen gefun­den wer­den, um das Berufs­bild des Ortho­pä­die­tech­ni­kers ent­spre­chend anzupassen.

Schließ­lich ste­hen nicht nur die Hand­werks­be­trie­be vor gro­ßen Her­aus­for­de­run­gen, son­dern auch die Her­stel­ler von Pas­s­tei­len. Denn wer bestellt noch ein Gelenk oder einen Adap­ter, wenn er die­sen gleich mit­dru­cken kann? Ange­sichts die­ser Über­le­gun­gen zeigt sich wie­der­um: Die Bran­che steht vor tief­grei­fen­den Veränderungen.

Der Autor:
Bernd Urban, M. Sc.
Pro­ku­rist
Sani­täts­haus Urban & Kemm­ler GmbH
Schlör­platz 6
92637 Wei­den
b.urban@urban-kemmler.de

Begut­ach­te­ter Beitrag/reviewed paper

Zita­ti­on
Urban B. Aspek­te der Auto­ma­ti­sie­rung in der Ortho­pä­die-Tech­nik durch CAD und Addi­ti­ve Fer­ti­gung. Ortho­pä­die Tech­nik, 2021; 72 (1): 44–49

 

 

 

 

  1. Kah­le C. Effi­zi­enz­stei­ge­rung durch addi­ti­ve Fer­ti­gung in der Ortho­pä­die-Tech­nik. Ortho­pä­die Tech­nik, 2020; 71 (2): 34–41
  2. Kös­ter A. Mög­lich­kei­ten der digi­ta­len Pro­zess­ket­te in der Ortho­pä­die-Tech­nik. Ortho­pä­die Tech­nik, 2018; 69 (5): 58–66
  3. Strö­der K, Fla­dung G, Buchold A. Bericht über ein­jäh­ri­ge Erfah­run­gen mit dem CAPOD-Sys­tem. Ortho­pä­die Tech­nik, 1996; 47 (2): 110–111
  4. Boe­nick U, Näder M (Hrsg.). CAD/CAM Sys­te­me in der Ortho­pä­die­tech­nik. Vor­trä­ge. Dort­mund: Ver­lag Ortho­pä­die­tech­nik, 1998
  5. Strö­der K, Fla­dung G, Buchold A. Bericht über ein­jäh­ri­ge Erfah­run­gen mit dem CAPOD-Sys­tem. Ortho­pä­die Tech­nik, 1996; 47 (2): 110–111
  6. Hoch­mann D. 3D-Druck in der Tech­ni­schen Ortho­pä­die – Stand und Per­spek­ti­ven. Ortho­pä­die Tech­nik, 2019; 70 (5): 18–23
  7. VDDI. 3D-Druck in der Den­tal­in­dus­trie. Posi­ti­ons­pa­pier des Ver­ban­des der deut­schen Den­tal­in­dus­trie (VDDI) zum Umgang mit Son­der­an­fer­ti­gun­gen nach MDR. 23. Febru­ar 2018. https://www.vddi. de/index.php?id=1138&no_cache=1 &L=7&H=136&cid=5830&did=2723 &sechash=1f9aa601 (Zugriff am 09.12.2020)
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