Kosteneffiziente Tuberkulosediagnose: CLIP-3D-Druckverfahren beschleunigt den Produktentwicklungszyklus für preiswerte Tuberkulose-Diagnosegeräte

Tuberkulose ist ein tückische Krankheit, deretwegen gerade in Entwicklungsländern noch viel zu viele Menschen sterben. The Global Good Fund, eine Kollaboration von Intellectual Ventures und Bill Gates, versucht dieser mit einem kosteneffizienten Diagnosegerät Herr zu werden. Der erste Versuch der Herstellung im Spritzgussverfahren schlug fehl und war zu teuer. So wandte sich The Global Good Fund an Carbon mit seinem innovativen CLIP-3D-Druckverfahren, in der Hoffnung auf ein besseres Kostenersparnis. Und erreichten schließlich noch weitaus mehr als das.

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Carbon LogoThe Global Good Fund ist eine Organisation, bestehend aus dem Erfinderunternehmen Intellectual Ventures (IV) und dem Microsoft Gründer Bill Gates. Sie haben sich zum Ziel gesetzt, Technologien zu humanitären Zwecken zu schaffen. Das neueste Projekt war die Entwicklung eines einfach zu handhabenden Gerätes zur Diagnose von Tuberkulose. Der erste Versuch war deutlich zu kostspielig und so wandten sie sich an Carbon und deren CLIP-Technologie.

„Technologie ist der Magie, die wir in der realen Welt haben, am nächsten. Global Good nutzt seine erfinderische Magie, um das Leben derer zu verändern, die es am meisten brauchen – die Milliarden Menschen, die auf den unteren Rängen der wirtschaftlichen Leiter kämpfen“, meinte Nathan Myhrvold, der Gründer und CEO von Intellectual Ventures.“Wir suchen immer nach Möglichkeiten, unsere Ideen schneller und kostengünstiger auf den Markt zu bringen. Carbon und die CLIP-3D-Drucktechnologie hilft uns dabei.“

Die Tuberkulose zählt zu den tödlichsten Infektionskrankheiten der Welt

Laut dem Global TB Report 2016 der Weltgesundheitsorganisation (WHO) erkrankten 2015 weltweit 10 Millionen Menschen an Tuberkulose. 41% davon wurden entweder nicht gemeldet oder nicht diagnostiziert und somit auch nicht behandelt. Oft leben diese Menschen in Entwicklungsländern. Der Mangel an der Berichterstattung und Diagnose ist eine kritische Lücke im Kampf gegen Tuberkulose. Daher ist es für The Global Good wichtig, ein Tuberkulose Diagnosegerät zur frühzeitigen Erkennung zu entwickeln. So soll in Ländern, die keine qualitativ hochwertige Gesundheitsinfrastruktur haben, geholfen werden.

Um möglichst viele davon herzustellen, will The Global Good die Kosten niedrig halten. Intellectual Ventures nutzte für den ersten Versuch der Entwicklung das FFF-Druckverfahren, um Prototypen zu erstellen, bevor dann eine kleine Auflage mit dem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Bei der TB-Kassette dauerte dieser Ansatz jedoch zu lange. Laut Carbon kostet jede lange Spritzgussform-Prozessiteration rund 25.000 US-Dollar pro Form. In fünf Monaten hat das IV-Lab-Team nur ein paar Iterationen durchgeführt. Es gab Probleme mit Formfehlern und Verzögerungen im Zusammenhang mit dem Modifizieren der Formen. Das kostet Geld – keine gute Lösung, wenn man es doch kosteneffizient angehen möchte.

Lateraler Seitenflussstreifen
Ein Lateral Flow Strip wird zwischen den beiden 3D-gedruckten Teilen des Diagnosekassettengehäuses platziert(Bild © Carbon).

Kosteneffiziente Lösung gesucht

Eine bessere Methode musste her. Sie wandten sich an Carbon. Mit dessen 3D-Drucker der M-Serie mit DLS-Technologie, brauchten sie nur weniger als eine Woche, um das erste Kassettendesign zu drucken. IV Lab nutzte außerdem auch Carbons digitalen End-to-End-Herstellungsprozess, um zehn Produktdesign-Iterationen mit Carbons Rigid Polyurethane Material (RPU 70) in der Hälfte der Zeit, die der traditionelle Ansatz benötigte, durchzuführen.

Das Ziel war es, eine genaue Diagnosemethode zu entwickeln, deren Herstellung weniger kostet, die einfach handzuhaben ist und die schneller funktioniert als die herkömmlichen Diagnoseverfahren. Die Idee für das Produktdesign wurde inspiriert von den seitlichen Flusstests, die auch schon für Schwangerschaftstests und Malariadiagnostik verwendet werden. Der seitliche Flusstest ist eine biochemische Methode, mit der Stoffe mit Antikörpern nachgewiesen werden. Die Urinprobe beim Tuberkulosetest ist erforderlich, um einen Für TB-Tests ist eine Urinprobe erforderlich um einen TB-Biomarker zu detektieren. Es enthält einen lateralen Flussstreifen mit Nachweisreagenzien in einer dünnen Plastikkassette.

Diagnosekassette
Eine 3D-gedruckte Tuberkulose Diagnosekassette (Bild © Carbon).

Dank der flexiblen On-Demand-Fertigung von Carbon hatte IV Lab keine Beschränkungen für Mindestbestellmengen an Teilen, verringerte Materialverschwendung und keine Wartung des Ersatzteilbestands. Das Team konnte die gleichen Materialien und 3D-Drucker für alle Teile seines Produktentwicklungszyklus verwenden, von Iterationen und Funktionsvalidierung bis hin zur Fertigung des endgültigen Teils.

Laut der Fallstudie von Carbon „erfordert die traditionelle Fertigung in jeder Phase unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Technologien, was zu weniger Flexibilität, langen Verzögerungen und operativen Ineffizienzen führt. Durch die Nutzung der Carbon-Technologie konnte IV Lab die Kosten für das Endprodukt erheblich senken und gleichzeitig die Anzahl der Produktdesign-Iterationen um das Zwei- bis Dreifache steigern. Die Kostenreduzierung ist ein phänomenaler Erfolg für IV Lab, da es die Aufgabe hat, eine kostengünstige Lösung für die Entwicklungsländer zu schaffen.“

kosteneffizientere Lösung
Mit Carbon ist eine 3D-gedruckte, kosteneffizientere Lösung gelungen (Bild © Carbon).

Dank der Zusammenarbeit mit Carbon, die von einer langsamen, ineffizienten traditionellen Fertigung zum 3D-Druck überging, konnte das IV-Lab-Team und The Global Good erfolgreich über 1000 3D-gedruckte TB-Diagnosetests überprüfen. Das kostengünstige, einfach zu verwendende Produkt ermöglicht eine schnelle Diagnose von Tuberkulose. Ein Fortschritt in der Bekämpfung dieser tückischen Krankheit.

Ein Zeit- und Kostenersparnis gab es auch bei der Entwicklung von Gefäßmodellen von Stratasys, mit denen Ärzte gefährliche Operationen zuvor planen konnten. Auch das in Ettenheim ansässige Unternehmen Oberle konnte dank des 3D-Drucks orthopädische Schuhe günstiger herstellen. Neben den Möglichkeiten medizinische Geräte mit dem 3D-Drucker herzustellen, setzen auch Unternehmen aus anderen Branchen und Industrien auf das CLIP-Verfahren: Oracle druckt Server-Klammern, Alta Motors fertigt Teile von Elektromotorrädern mit CLIP, Aber auch Ford, Sculpteo und der britische Automobilzulieferer Delphi setzen auf das innovative 3D-Druckverfahren.

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