3D-Druck in der Orthopädietechnik: Wie der Nova Foot die Prothesenfertigung revolutioniert
Innovative Ideen entstehen oft dann, wenn man das volle Potenzial einer Technologie erkennt, die man täglich nutzt. So war es auch bei Marco Garano, Geschäftsführer von C.P.T. (Custom Precision Technology): Erst durch die Arbeit mit dem Formlabs Fuse 1+ 30W entstand die Vision, einen funktionalen, leistungsfähigen und für alle zugänglichen Prothesenfuß zu entwickeln.
Das Ergebnis ist der NOVA Foot – ein individualisierter Prothesenfuß mit hoher Energierückgabe, verfügbar in sechs Größen, entwickelt und gefertigt mithilfe modernster SLS-3D-Drucktechnologie. Konventionelle Fertigungsmethoden hätten dieses Projekt aufgrund hoher Kosten und langer Produktionszeiten unmöglich gemacht. Durch den 3D-Druck konnte C.P.T. die Entwicklungszeit verkürzen und gleichzeitig die Produktionskosten deutlich senken.
Vertrieben wird der NOVA Foot von Protosystem, einem Tochterunternehmen von C.P.T., das sich auf funktionale und erschwingliche Orthopädieprodukte spezialisiert hat. Dank der Kosteneffizienz des 3D-Drucks ist der NOVA Foot in ganz Italien für Fußamputierte zugänglich und wird dabei sogar vollständig von der gesetzlichen Krankenkasse übernommen.
Moderne Medizintechnik im Einsatz: Flexibel einstellbarer Prothesenfuß aus dem 3D-Drucker
Herkömmliche Fußprothesen verlangen Patientinnen und Patienten oft ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit ab. Der NOVA Foot verfolgt einen anderen Ansatz: Die Prothese wird individuell auf den Träger abgestimmt, um im Alltag optimalen Komfort, Stabilität und Funktionalität zu gewährleisten.
Gefertigt wird der NOVA Foot mit selektivem Lasersintern (SLS) auf dem Formlabs Fuse 1+ 30W, während zusätzliche Bauteile auf dem Formlabs Form 3B+ im medizinischen 3D-Druck entstehen. Das modulare Design umfasst Segmente für Vorfuß, Mittelfuß, Ferse und Knöchel, die an die jeweiligen Patientenbedürfnisse angepasst werden können.
Zusätzliche, wasserfeste Sohlen im Zehen- und Fersenbereich sorgen für sicheren Halt – selbst in nassen Umgebungen wie der Dusche. Drei integrierte Federn machen die Prothese beweglich und ermöglichen es, die Beugung individuell zu regulieren: weichere Federn für mehr Komfort, härtere für eine höhere Energierückgabe, etwa bei sportlichen Aktivitäten.
Durch den einfachen Austausch der Federn lässt sich der NOVA Foot flexibel an unterschiedliche Aktivitätsniveaus anpassen, von der frühen Rehabilitation nach einer Amputation bis hin zum Einsatz bei aktiven Anwendern, die Wert auf eine reaktionsfähige Prothese legen. So können beispielsweise in der Ferse weichere und im Vorfuß steifere Federn verbaut werden, um den Bewegungsablauf gezielt zu optimieren.
Warum lohnt sich die Fertigung mit einem 3D-Drucker in der Medizin- und Orthopädietechnik?
Der NOVA Foot ist ein Beispiel dafür, wie moderne additive Fertigungstechnologien die Entwicklung medizinischer Prothesen verändern. Durch den Einsatz von 3D-Druck können hochgradig individualisierte, leichte und funktionale Komponenten hergestellt werden, die mit traditionellen Methoden nicht realisierbar wären. Neben technischer Präzision ermöglicht dieser Ansatz auch kurze Entwicklungszyklen, Kostentransparenz und eine widerstandsfähige Lieferkette.
Effizienz und Designfreiheit durch SLS-3D-Druck mit dem Fuse 1+ 30W
Die Herstellung des NOVA Foot wäre mit konventionellen Verfahren wie Spritzguss oder Zerspanung nicht umsetzbar, da der hohe Grad an Individualisierung der vielen Elemente zu hohe Kosten verursachen würde. Spritzgussformen für alle sechs erforderlichen Fußgrößen würden allein zwischen 50.000 und 60.000 Euro pro Größe kosten und insgesamt mindestens 300.000 Euro nur für die Werkzeuge.
Dank des selektiven Lasersinterns (SLS) auf dem Fuse 1+ 30W kann C.P.T. komplexe, im Inneren hohle Geometrien mit gezielten Verstärkungen realisieren, die zuvor mithilfe der Finite-Elemente-Methode berechnet wurden. Diese Strukturen machen den Fuß leicht, gleichzeitig robust und funktional. Ein Beispiel ist die TPU-Ferseneinlage mit innerem Hohlraum, die die Dichte an diesem Punkt verringert und so Gewicht spart.
So funktioniert der SLS-Druck mit dem Fuse 1
Beim selektiven Lasersintern (SLS) verschmilzt ein präziser Hochleistungslaser feines Polymerpulver Schicht für Schicht zu leichten, aber extrem stabilen Bauteilen. Anders als bei anderen 3D-Druckverfahren sind keine Stützstrukturen nötig, das umgebende Pulver stützt das Teil während des Drucks und kann nach dem Bauprozess zu bis zu 70 % wiederverwendet werden.
Der Fuse 1+ 30W nutzt einen 30-Watt-Laser für hohe Druckgeschwindigkeit und optional eine Stickstoffspülung, um Materialleistung und Recyclingfähigkeit zu steigern. So lassen sich eine Vielzahl an Hochleistungsmaterialien wie Nylon 12, Polypropylen oder TPU 90A verarbeiten. Das Ergebnis sind präzise, robuste Teile in Industriequalität – schnell, effizient und mit minimalem Materialabfall.
Hochleistungsmaterialien von Formlabs für die medizinische Prothetik
Ein wesentlicher Vorteil des 3D-Drucks in der Medizintechnik liegt in der großen Auswahl an Werkstoffen, die gezielt für spezifische funktionale Anforderungen eingesetzt werden können. Der Zugang zu mehr als 40 Hochleistungsmaterialien aus dem Formlabs-Portfolio war entscheidend für den Erfolg des Projekts. Der NOVA Foot musste langlebig, leicht, wasserfest, ästhetisch ansprechend und widerstandsfähig gegen wiederholte Belastung sein.
Für den Großteil der Prothese wird Nylon 12 Powder eingesetzt – ein leichtes, druckfestes und stoßresistentes Material mit hoher Umweltstabilität. Es ermöglicht präzise Passungen ohne manuelle Nachbearbeitung und ist gleichzeitig kostengünstiger als Nylon 11 Powder.
TPU 90A Powder wird für das Fersen- und Vorfußpolster sowie für Federabdeckungen verwendet. Dieses flexible Material ermöglicht interne Gitterstrukturen, die den Aufprall dämpfen, Komfort bieten und die Notwendigkeit eines zusätzlichen Carbon-Überzugs vermeiden. So ist der NOVA Foot mit 550 Gramm leichter als viele Carbon-Prothesen, die inklusive Überzug oft 600–800 Gramm wiegen.
Zusätzlich kommen SLA-gedruckte Federhalterungen aus Tough 2000 Resin zum Einsatz. Dieses ABS-ähnliche Material bietet hohe Maßgenauigkeit, eine glatte Oberfläche für optimales Gleitverhalten und langfristige Stabilität. Die Verbindung zwischen den Nylon- und SLA-Teilen demonstriert die Präzision der Formlabs-Drucker.
Präziser Workflow und kontrollierte Produktionskosten
Neben den technischen Möglichkeiten ist auch der optimierte Workflow ein entscheidender Faktor für die erfolgreiche Fertigung des NOVA Foot.
Die Kombination aus SLS- und SLA-Technologie in der Fertigung des NOVA Foot sorgt für kurze Durchlaufzeiten, Kostentransparenz und eine widerstandsfähige Lieferkette. Durch die Wiederverwendung von SLS-Pulver wird Abfall minimiert, und pro Baujob können bis zu vier Prothesen in etwa fünf Stunden hergestellt werden.
Mit der PreForm-Software können Druckzeit und Materialverbrauch in Echtzeit exakt kalkuliert werden. Diese Kontrolle über den gesamten Produktionsprozess ist gerade in der medizinischen Prothetik entscheidend, um schnell auf individuelle Patientenanforderungen reagieren zu können und gleichzeitig die Kosten im Griff zu behalten.
Praxiserprobung in der Medizintechnik – NOVA Foot im Sport- und Alltagstest
Bevor der NOVA Foot auf den Markt kam, durchlief er eine umfassende Test- und Optimierungsphase, um maximale Sicherheit, Funktionalität und Komfort zu gewährleisten. Der Prozess kombinierte modernste digitale Simulationen mit intensiven Praxistests unter realen Bedingungen.
Die Entwicklung startete mit einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) in SolidWorks. Diese digitale Simulation prüfte das Design auf Belastbarkeit und Funktion, bevor physische Modelle gefertigt wurden. Anschließend wurden erste Prototypen mit dem gleichen SLS-Verfahren wie in der späteren Serienproduktion gedruckt und maschinellen Belastungstests unterzogen. Diese Tests simulierten wiederholte, gewichttragende Bewegungen, um sicherzustellen, dass der Fuß auch langfristiger Beanspruchung standhält. Die aus Nylon 12 Powder gefertigten Hauptkomponenten sind lediglich einer Stauchung ausgesetzt und auf eine Lebensdauer von etwa drei Jahren ausgelegt, während die Federn im Jahresrhythmus gewechselt werden sollten, um volle Leistung zu garantieren.
Nach erfolgreichen Labortests folgte die klinische Erprobung in Kooperation mit Orthopädietechnikern und spezialisierten Orthopädiezentren. Freiwillige Probandinnen und Probanden testeten den NOVA Foot sowohl in einem Sportzentrum für Amputierte als auch im Alltag. Das Feedback war eindeutig: Die Prothese überzeugte durch flüssige Bewegungsabläufe, insbesondere beim Gehen auf Rampen, sowie durch eine hohe Energierückgabe bei jedem Schritt.
Schnelle Anpassungen und Iterationen dank 3D-Druck Technologie
Ein entscheidender Vorteil der additiven Fertigung ist die Möglichkeit, patientenspezifische Anpassungen innerhalb kürzester Zeit umzusetzen. So konnte etwa auf das Feedback eines Anwenders reagiert werden, der mehr Halt in der Fersenauftrittphase und zusätzliche Stoßdämpfung benötigte. Innerhalb weniger Stunden wurden das Design angepasst und der obere Teil des Fußes sowie die Befestigung modifiziert. Der anschließende Druck des optimierten Modells dauerte lediglich fünf Stunden – die komplette Anpassung war innerhalb eines Tages einsatzbereit.
Nach einem Jahr intensiver Forschung und mehreren Prototypen-Iterationen wurde der NOVA Foot im März 2025 offiziell eingeführt. Seitdem erfreut er sich großer Beliebtheit bei Patientinnen und Patienten, die die Kombination aus Komfort, Stabilität und individueller Anpassbarkeit schätzen.
Häufige Fragen zum Thema 3D-Druck in der Medizin- und Orthopädietechnik
3D-Druck ermöglicht die schnelle und kosteneffiziente Fertigung patientenspezifischer Bauteile. In der Medizintechnik bedeutet das eine passgenaue Versorgung, kurze Entwicklungs- und Lieferzeiten sowie die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu realisieren, die mit herkömmlichen Verfahren nicht umsetzbar wären. Dies steigert sowohl die Versorgungsqualität als auch die Wirtschaftlichkeit
Durch den Einsatz des Formlabs Fuse 1+ 30W konnte C.P.T. hochgradig individualisierte Prothesenfüße entwickeln, ohne auf teure Werkzeuge oder lange Lieferketten angewiesen zu sein. Die Entwicklungszeit wurde deutlich verkürzt, und Anpassungen konnten innerhalb weniger Stunden umgesetzt werden – ein entscheidender Vorteil in der patientenorientierten Orthopädietechnik.
Nylon 12 Powder ist leicht, druckfest, stoßresistent und umweltstabil. Es erlaubt präzise Passungen ohne aufwändige Nachbearbeitung und ist kosteneffizienter als Nylon 11. Für medizinische Anwendungen bietet es zudem hohe Langlebigkeit und gleichbleibende Materialeigenschaften.
Glatte Oberflächen erleichtern die Reinigung, reduzieren das Risiko von Keimansammlungen und verbessern den Tragekomfort. Der Fuse 1+ 30W bietet mit der Surface Armor-Technologie eine hervorragende Oberflächenqualität ohne aufwändige Nachbearbeitung.
Ja, der Fuse 1+ 30W kann biokompatible Materialien verarbeiten, sofern diese für den vorgesehenen medizinischen Einsatz zertifiziert sind und die Fertigung unter geeigneten Bedingungen erfolgt.
Biokompatible Kunststoffe wie bestimmte Nylons oder TPU-Varianten sind körperverträglich, verursachen keine schädlichen Reaktionen und können für patientennahe Anwendungen genutzt werden. Dabei gelten strenge Anforderungen an Materialauswahl, Sterilisierbarkeit und Herstellungsprozesse, oft nach GMP-Richtlinien (Good Manufacturing Practice).
Typische Einsatzbereiche sind patientenspezifische Prothesen und Orthesen, chirurgische Hilfsteile sowie anatomische Modelle zur OP-Planung. Durch die hohe Präzision der SLS-Technologie lassen sich diese Teile wiederholgenau und passgenau fertigen, ohne Stützstrukturen, und direkt im eigenen Haus herstellen.
SLS-3D-Druck wird in der Medizintechnik vor allem dort genutzt, wo stabile, präzise und individuell angepasste Bauteile benötigt werden. Typische Anwendungsfelder sind:
Orthopädietechnik – patientenspezifische Prothesen, Orthesen und Passstücke
Chirurgische Instrumente – robuste, sterilisierbare Werkzeuge und OP-Hilfsteile
Anatomische Modelle – realistische Knochen- und Organmodelle für Planung und Ausbildung
Implantatführungen (Surgical Guides) – präzise Schablonen zur Implantatpositionierung
Rehabilitation – individuelle Hilfsmittel und adaptive Geräte für den Alltag
Dank hoher Designfreiheit, Materialfestigkeit und reproduzierbarer Qualität ermöglicht der SLS-Druck eine schnelle, passgenaue Fertigung direkt im eigenen Haus.
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