Wie 3D-Druck im Kampf gegen den Coronavirus helfen kann

Eine aktuelle Studie der KLU identifiziert drei wesentliche Handlungsfelder, in denen 3D-Druck den Kampf gegen den Coronavirus unterstützen kann.

Logistik-Forscher der Kühne Logistics University, Wissenschaftliche Hochschule für Logistik und Unternehmensführung – KLU – haben in einer aktuellen Studie zu medizinischen Lieferketten untersucht, wie mithilfe von 3D-Druck die Ausbreitung des Coronavirus Covid-19 bekämpft werden kann. Schon jetzt wird diese Produktionstechnik genutzt, um medizinisches Equipment schnell und kostengünstig herzustellen. Dazu zählen vor allem Material für Beatmungsgeräte, medizinische Schutzkleidung wie Gesichtsschilder und Teststäbchen zum Nachweis von Covid-19. Der reguläre Markt für dieses Material ist derzeit nahezu leergefegt. Prof. Kai Hoberg und Dr. Jakob Heinen haben in ihrer Studie nun Vorreiter für die Produktion mit 3D-Druckern identifiziert und benennen mögliche nächste Schritte:

In den letzten Jahren hat die Nutzung von 3D-Druck zwar deutlich zugenommen, die meisten Anwendungen konzentrieren sich aber auf die Fertigung von Prototypen, leichten Komponenten für den Flugzeugbau und individuell angepassten Medizinprodukten. Da große Stärken des 3D-Drucks in den Bereichen Produktionsflexibilität (es müssen keine Werkzeuge bereitgestellt werden), lokale Produktion und sofortige Verfügbarkeit von Teilen liegen, kommen jetzt zahlreiche kreative Lösungen zum Einsatz, die Krankenhäuser und andere medizinische Einrichtungen mit genau den Artikeln unterstützen, die aktuell besonders gebraucht werden.

So sehen wir zurzeit viele Anwendungen, die mittels 3D-Druck wichtige Artikel wie etwa Gesichtsmasken für die Beatmung, Ventile oder Abstrichstäbchen für Test-Kits herstellen. Hier ist eine Vielzahl kleiner und großer Initiativen angelaufen, sowohl bei Start-ups wie Fab Labs als auch bei multinationalen Konzernen wie Mercedes Benz, Ford und Siemens.

Man geht davon aus, dass weltweit über 100.000 hochwertige 3D-Drucker, die für die professionelle Nutzung geeignet sind, installiert wurden. Um nun mittels Crowdsourcing die Drucker zu nutzen, die in der Nähe der Orte verfügbar sind, an denen ihre Dienste besonders dringend gebraucht werden, muss eine direkte Zugangsmöglichkeit zu diesen Kapazitäten gegeben sein.

Der 3D-Druckservice-Dienstleister Prusa Research beispielsweise bringt seine verfügbaren Kapazitäten bereits effektiv ein und konnte so schon über 12.000 Mundschutzmasken produzieren. Ganz ähnlich bei HP und Carbon: Beide Unternehmen stellen 3D-Druck-Kapazitäten für all die Krankenhäuser zur Verfügung, die dringenden Bedarf anmelden.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR rüstet seine 3D-Drucker um und hat erfolgreich Tests abgeschlossen, um auf Basis von Open-Source-Vorlagen Schutzausrüstung aus Materialien auszudrucken, die bereits für die medizinische Verwendung zugelassen wurden. Mittels 3D-Druck hergestellte Teile mögen nicht immer so langlebig und zuverlässig sein wie Originalteile, aber mit ihrer Hilfe kann man Engpässe tage- oder auch wochenlang überbrücken.

Die Tatsache, dass 3D-Druck so flexibel ist, gilt als einer der größten Vorteile dieser Technologie. Allerdings hat auch 3D-Druck nur begrenztes Potenzial, wenn die von Ingenieuren und Designern erstellten digitalen Designs und geprüften Druckspezifikationen fehlen. Deswegen hat sich etwa die italienische Technologiefirma Isinnova an den Sportartikelhersteller Decathlon gewandt, um CAD-Zeichnungen einer Schnorchelmaske zu erhalten, und daraus voll funktionsfähige Gesichtsmasken für Beatmungsgeräte gemacht.

Siemens nutzt sein etabliertes Netzwerk für additive Fertigung und lässt seine internen Experten im Bereich Digitales Design und 3D-Druck-Engineering Designanfragen bearbeiten, die von außen an das Unternehmen herangetragen werden. Und Autodesk, der führende Anbieter von Design-Software, erlaubt zurzeit den kostenlosen Zugriff auf Produkte für die cloud-basierte Zusammenarbeit im Bereich 3D-Druck. Durch den Zugang zu dieser Software kann die 3D-Druck-Community gemeinsam Designs entwickeln und ihre Designs austauschen – ein echter Gewinn.

Während die Pandemie sich weltweit ausbreitet, sehen wir, wie in unterschiedlichen Ländern und Regionen ganz ähnliche Bedürfnisse entstehen. Daher ist es von zentraler Bedeutung, eine Plattform zur Verfügung zu stellen, auf der die verschiedenen Akteure ihre Designs austauschen können – und zwar orchestriert, um so das Potenzial der vielen Ideen möglichst effektiv zu nutzen.

Gleichzeitig sollten alle Anbieter von Designdateien, egal ob Privatperson oder professioneller Anbieter, ihre Designs als Open-Source-Version zur Verfügung stellen, sodass sie entsprechend der speziellen Anforderungen einzelner Krankenhäuser und Mediziner angepasst werden können. Unternehmen, denen die IP-Rechte für wesentliche Komponenten gehören, müssen jetzt eventuell Entscheidungen treffen, die letztlich Leben retten können. Außerdem muss man die Online-Plattformen nutzen, um mit Blick auf verfügbare Druckertypen und Druckerkapazitäten, Produktionsmaterialien und Verwendungszwecke Transparenz zu schaffen.

Schon jetzt sehen wir viele Beispiele, bei denen Unternehmen und Branchenorganisationen großartige 3D-Druck-Initiativen auf den Weg gebracht haben. Der 3D-Drucker-Hersteller Ultimaker beispielsweise hat eine Weltkarte erstellt, auf der alle Firmen verzeichnet sind, die Ultimaker 3D-Drucker verwenden. Das internationale 3D-Druck-Netzwerk Mobility Goes Additive steht im direkten Kontakt zur Europäischen Kommission, um das Engagement von über 250 Unternehmen zu koordinieren, die technologischen Support und Service-Support anbieten. Das Start-up 3Yourmind hat eine Produktions- und Distributionsplattform entwickelt, auf der Bestellungen verwaltet werden und eine digitale Bestandsliste relevanter Artikel geführt wird.

Wir sind zuversichtlich, dass aus all diesen Initiativen noch Größeres erwachsen kann, wenn wir eine vereinte globale Initiative daraus machen, indem wir

• für einen transparenten Austausch der Anfragen, verfügbaren Designs und 3D-Druck-Kapazitäten sorgen,
• die 3D-Designs und Druckspezifikationen in Zusammenarbeit mit den Stakeholdern prüfen und zertifizieren, also gemeinsam mit Gesundheitsbehörden, medizinischen Anwendern, Druckerherstellern, Materiallieferanten etc.
• uns um die Problematik noch nicht standardisierter Vereinbarungen für den Umgang mit dem Recht am geistigen Eigentum kümmern.

Dies ist eine einzigartige Chance für die 3D-Druck-Community, die Stärken der flexiblen Herstellung, das Innovationspotenzial kreativer Macher und die Geschwindigkeit, mit der Ideen und Designs bei dieser Fertigungsform zu physischen Produkten werden, zu demonstrieren.

Die vollständige Analyse hat die KLU als PDF-Datei in englischer Sprache zum Download zur Verfügung gestellt.

Prof. Kai Hoberg und Dr. Jakob Heinen/gk