Einsatz des Go!SCAN 3D-Scanner für die individualisierte Orthesenentwicklung in der Medizintechnik

Prof. Dr.-Ing. Norbert Babel, HaW Landshut

Das Labor für additive Fertigung (LaF) an der Hochschule Landshut, beschäftigt sich unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Norbert Babel, mit dem Prozess des Reverse Engineering. Das bedeutet vom Einscannen der Objekte, der Scandatenbearbeitung mittels spezieller Softwaretools und Übertragung in ein CAD-System zur Modellbearbeitung und Simulation, bis hin zur Generierung von daraus entwickelten oder überarbeiteten Prototypen, die mit verschiedensten additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden. Dies geschieht fakultätsübergreifend in Forschungsvorhaben, sowie im Rahmen von Studien-, Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten.

Da gerade in der Medizin eine zunehmende patientenspezifische Individualisierung, vor allem im Bereich der Prothetik, zu beobachten ist, bekamen die Studenten im Studiengang Biomedizinische Technik, die Aufgabe individualisierte Fingerschienenorthesen zu entwickeln.

In einem ersten Schritt scannten die Studenten eine Hand mit dem Go!SCAN 3D-Scanner von CREAFORM ein, für die die Orthese entwickelt werden sollte (Abb. 1), wobei die Daten mit dem Programm VXelements (Abb. 2) direkt aufbereitet wurden. Das heißt bereinigen von übereinanderliegenden Bildpunkten und entfernen von Störgeometrien. Die so reduzierte Scandatei wird im STL-Format für die Weiterbearbeitung mit dem Programm Rapidform gespeichert (Abb. 3).

Abb. 1: Scannen einer Hand mit dem Go!SCAN

Abb. 2: Gescannte Hand in VXelements bereits bereinigt

Abb. 3: Gescannte Hand in Rapidform

Rapidform von der Firma 3D-Systems ist ein Softwarepaket, das die 3D-Scandatenverarbeitung und parametrische Volumenmodellierung kombiniert, um intelligente CAD-Modelle aus Punktwolken und Polygonnetzen zu erstellen [1]. Das heißt es können „wasserdichte“ STL-Modelle erzeugt werden können, welches die Voraussetzung für die Umwandlung der triangulierten STL-Netze in eine Struktur von NURBS-Flächen (Abb. 4) ist, aus denen dann letztendlich Volumen-Modelle von der Software generiert werden.

Diese Volumendaten werden über die genormte IGES-Schnittstelle aus- und in ein CAD-System eingelesen (hier CREO der Version 4.0). Zweck ist die Durchführung von booleschen Operationen mit den gescannten Daten und der bereits im CAD erstellten Orthesen-Geometrie in den Bereichen der individuellen Anpassung. Am Ende wurden die CAD-Daten mittels additiver Fertigungsverfahren produziert, montiert und getestet (Abb. 5).

Abb. 4: Struktur aus NURS-Flächen

Abb. 5: Mittels additiver Fertigung hergestellte individuelle Orthese

Unsere Erfahrungen mit dem Go!SCAN 3D sind sehr positiv. Insbesondere die Scandatenverarbeitung mit der Software VXelements begeisterte uns, da diese die entscheidende Schnittstelle zwischen Scanner und Scanobjekt darstellt, was hier hervorragend gelöst ist, da der ganze Scanprozess entscheidend von der Funktionalität, Handhabung und Leistungsfähigkeit der Scanner Software abhängig ist.

Die Durchführung von Scans geht sehr schnell und ist durch die quasi „Echtzeit-Darstellung“ der gescannten Geometrie am Bildschirm sofort sicht- und korrigierbar, wodurch qualitativ gute Ergebnisse erzeugt werden können.

Durch die leichte, intuitive Bedienung mit zahlreichen Lehr- und Lernvideos ist die Handhabung, sowohl des Scanners als auch der Software im Rahmen von Studien- und Projektarbeiten schnell erlernbar und kann dadurch problemlos in unsere Projektarbeiten integriert werden.

[1]   3D-Systems Internetseite
https://www.3dsystems.com/press-releases/rapidform-xor-3d-scanning-software-receives-good-software-certification