Wie Cerebra mit Artec Eva und 3D-Druck maßgeschneiderte Kinderreithelme herstellt

Zusammenfassung: Eine britische Wohltätigkeitsorganisation, die sich auf die Unterstützung von Kindern mit neurologischen Erkrankungen des Hirns konzentriert, wollte 3D-Scanning und -Druck zur Herstellung maßgeschneiderter Reithelme nutzen.

Das Ziel: Mit einem tragbaren 3D-Scanner den Kopf eines Kindes in weniger als einer Minute zu scannen, anschließend daraus ein genaues 3D-Modell zu bauen und einen individuellen Reithelm mittels 3D-Druck und Materialien wie Polystyrol, Kevlar, Glasfaser usw. zu erstellen.

Verwendetes Werkzeug: Artec Eva

Eine britische Wohltätigkeitsorganisation, die sich auf die Unterstützung von Kindern mit neurologischen Erkrankungen des Hirns konzentriert, wollte 3D-Scanning und -Druck zur Herstellung maßgeschneiderter Reithelme nutzen.

Imogen kann weder herumrennen noch mit anderen Kindern spielen. Sie kam elf Wochen zu früh mit einer spastischen Diplegie auf die Welt, eine Form der Kinderlähmung. Deshalb verbringt sie einen Großteil ihrer Zeit sitzend beziehungsweise im Rollstuhl. Imogen kann jedoch auf einem Pferd reiten, was ihr sehr viel Freude macht. Da sie aber von Geburt an auch unter einem Hydrocephalus leidet – einer Erweiterung der Flüssigkeitsräume des Gehirns –, ist ihr Kopfumfang größer als bei anderen. Aus diesem Grund gibt es im Handel leider keinen Reiterhelm, der ihr passt.

Jeder Helm, den Imogen in der Vergangenheit ausprobierte, war entweder zu eng oder zu groß und rutschte beim Reiten über die Augen. Sie musste einen größeren Helm nehmen, unter den ihre Mutter ein Stück Stoff legte, damit er nicht verrutschte. Doch jedes Mal bekam sie schon nach kurzer Zeit Kopfschmerzen, die immer stärker wurden.

Obwohl sie keinen bequemen Helm fand, wuchs ihre Begeisterung für den Reitsport. Sie begann sogar mit Dressurreiten – und machte ihre Sache so gut, dass es noch dringlicher wurde, einen gut sitzenden Helm zu finden. Denn Reiten ist nicht ungefährlich: Die Zahl der Unfälle liegt hier um bis zu 400 Prozent höher als beim Motorradfahren, Fußballspielen oder Skifahren.

Frustriert von den geringen Auswahlmöglichkeiten, wandte sich Imogens Mutter Catherine  an Cerebra, eine in ganz Großbritannien bekannte karitative Einrichtung, die für Kinder mit besonderen Bedürfnissen maßgeschneiderte Produkte fertigt. Das in der University of Wales Trinity Saint David beheimatete Cerebra Innovation Centre (CIC) wird rein durch Spenden finanziert. Es entwickelt hochfunktionelle, innovative und Spaßprodukte, die den Kindern die Teilnahme am normalen Leben ermöglichen. Häufig sehen diese Produkte so toll aus, dass andere Kinder, die sie auf dem Spielplatz oder in der Schule sehen, sie auch haben möchten.

Die Design-Ingenieure des Cerebra Innovation Centre haben schon mehrere Helme für Kinder mit einem Hydrocephalus entwickelt. Dr. Ross Head erklärt, wie alles begann: „Als ich sah, was der Scanner Artec Eva alles kann, kamen mir immer mehr Ideen, wie wir ihn für unsere Arbeit nutzen könnten. Dann traf es mich wie ein Blitz: Natürlich, wir könnten ihn ja für die Maßanfertigung von Helmen einsetzen!“

Head fährt fort: „Der endgültige Konstruktions-/Fertigungsprozess entstand, indem ich 3D-Scans, 3D-gedruckte Formen, die Beschichtung der Außenschale mit Glasfasergewebe und die CNC-Bearbeitung der Polystyrol-Innenschale miteinander kombinierte.“

Es war Ian Walsh, Leiter des ATiC (Assistive Technologies Innovation Centre), und sein Team aus Tüftlern, die Ross Head auf den Scanner Artec Eva aufmerksam machten. ATiC hatte sich zuvor von den 3D-Scan-Spezialisten des Artec Gold-Certified Resellers Central Scanning beraten lassen und während einer Präsentation der Artec-Scanner festgestellt, dass Eva für seine Palette an Werkzeugen eine große Bereicherung sein würde.

ATiC ist ein integriertes Forschungszentrum, das mit einem nutzerzentrierten Designkonzept und strategischen Innovationstools arbeitet. Sein Schwerpunkt liegt auf der Zusammenarbeit mit Gesundheitseinrichtungen.

ATiC setzt verschiedene Reality-Capture-Technologien wie 3D-Scannen, Biomechanik und Eye-Tracking ein. Zusätzlich arbeitet das Forschungszentrum mit verschiedenen hochmodernen Prototyping-Anlagen wie 3D-Druckern der neuesten Generation. ATiC unterstützt zudem viele andere karitative Einrichtungen und Organisationen durch die Entwicklung neuartiger Produkte, Dienstleistungen und Systeme für den Gesundheitssektor.

Das ATiC-Team stellte den 3D-Scanner Artec Eva bereit und entwickelte gemeinsam mit Ross Head von Cerebra das innovative Verfahren zur Herstellung von Imogens Helm. Dieses Projekt ist hoffentlich nur das erste von vielen, denn sowohl ATiC als auch Cerebra möchten den Design- und Fertigungsprozess weiterentwickeln.

Imogen und Artec Eva beim Scannen

Artec Eva ist ein leichter 3D-Scanner, der mit der hundertprozentig unbedenklichen Streifenlichtprojektion arbeitet. Er ist so schnell, dass Kinder nur weniger als eine Minute stillsitzen müssen. Der 3D-Scan wird in die Scanner-Software Artec Studio geladen und erscheint in Echtzeit auf dem Bildschirm. Die Scans werden anschließend verarbeitet und in eine CAD-Software exportiert, bevor sie in 3D ausgedruckt werden. In der CAD-Software wird ein Abdruck vom Kopf des Kindes erstellt; auf diese Weise erhält man die exakten Abmessungen für die Erzeugung eines detailgetreuen 3D-Modells, mit dem sich ein perfekt sitzender Helm fertigen lässt.

Imogen und Artec Eva beim Scannen.

„Imogen interessierte sich natürlich sehr für den Artec Eva, als ihr Gesicht und Kopf gescannt wurden. Da das Licht völlig ungefährlich ist, war es kein Problem, dass sie zwischendurch neugierig in den Scanner schielte. Es fiel ihr auch nicht schwer, während des Scanvorgangs still zu sitzen, denn das Ganze war im Nu vorbei“, so Ross Head.

Mit Artec Eva aufgenommener Echtzeit-Scan von Imogen in Artec Studio

Nach dem Scan und dem Export in die CAD-Software wurde ein zweiteiliges Modell erstellt. Ross Head erklärt den Prozess der Helmherstellung: „Das Modell für die Polystyrol-Innenschale wird für die Bearbeitung durch die CNC-Maschine exportiert. Mit dem Außenschalenmodell wird eine 3D-gedruckte Negativform produziert. Nach Glättung der Forminnenfläche werden mithilfe von Epoxidharz Schichten aus Glasfaser- und Kevlargewebe aufgebracht, um die Außenschale extrem widerstandsfähig zu machen.“

Ross Head mit einem handelsüblichen (links) und einem maßgeschneiderten Helm von Cerebra (rechts)

Anschließend wird der Helm durch das BSI (British Standards Institution) zugelassen und zertifiziert, womit sein hoher Sicherheits- und Qualitätsstandard bescheinigt wird. Bislang wurden drei Helme gefertigt und zwei Kinder (unter anderem Imogen) mit dem Artec Eva von ATiC gescannt. Weitere Helme sind in Arbeit, und mittlerweile wird man schon auf das Cerebra Innovation Centre aufmerksam.

Ross Head ist mit den Ergebnissen sehr zufrieden und meint: „Mit Artec Eva stehen wir noch ganz am Anfang unserer Möglichkeiten. Denn wir entwerfen für jedes einzelne Kind ein ganz individuelles Produkt. Mit Eva können wir jedes Produkt exakt an die Maße des Kindes anpassen. Probiert das Kind es dann an, sitzt es wie eine zweite Haut. Für ein Kind, das bislang mit dem Gefühl durch sein Leben ging, dass es nirgendwo hineinpasst, ist das die Erfüllung seiner Träume.“

Ross Head und Imogen vor ihrem ersten Ritt mit dem neuen Helm

„Dieses Mal ging es um Helme“, setzt Head seine Erklärung fort, „aber wir haben für Eva schon so viele andere Anwendungen im Kopf. Und da wir wissen, dass der Scanner jedes Detail aufnimmt, das wir brauchen, gibt es keine Grenzen – wir können die Träume unserer Kinder wahr werden lassen.“

Neben maßgeschneiderten Helmen hat Cerebra noch eine ganze Reihe weiterer Produkte für Kinder mit Behinderungen entwickelt: Gurte, mit denen die Kinder Parkschaukeln benutzen können ohne herunterzufallen; Hopser für ältere Kinder, mit denen sie sich gefahrlos austoben können; Schlitten mit Sicherheitssitz, mit denen die Kinder Spaß im Schnee haben können; spezielle Schaukelpferde und -stühle und GoTo, eine Sitzauflage für unterwegs, die Kleinkinder mit körperlichen Einschränkungen auf dem Stuhl stabilisiert.

Cerebra ist der Überzeugung, dass Kinder die Möglichkeit haben sollten, all das zu tun, wovon sie träumen. Und nicht die Grenzen anderer als die eigenen zu akzeptieren. In diesem Sinne hat Cerebra die unterschiedlichsten Gegenstände für Kinder mit besonderen Bedürfnissen entwickelt, um ihnen beispielsweise zu ermöglichen, an einem Triathlon teilzunehmen, zu surfen oder sogar bergzusteigen! So bestieg Cerebra im letzten Herbst gemeinsam mit Imogen den höchsten Berg von Südwales – auf einem vierrädrigen Mountainbike, das Cerebra speziell für sie angefertigt hatte.

Das CIC-Team und Imogen auf dem Pen y Fan, dem höchsten Gipfel von Südwales

Imogens Mutter erzählt: „Imogen war so begeistert, dass sie diese Tour geschafft hat! Das verdanken wir nur dem Team von Cerebra – bislang konnte sie solche Sachen wegen ihrer Lähmung gar nicht machen. Es gab so viele Aktionen, bei denen sie nicht mitmachen konnte und sich ausgeschlossen fühlte. Dass sie solche Dinge jetzt schaffen kann, stärkt ihr Selbstbewusstsein sehr.“

Imogen mit dem neuen, bezogenen Helm und ihrem besten Freund

„Imogen liebt ihren neuen Helm!“, fährt Catherine fort. „Er sitzt gut und sieht so toll aus, dass sie noch viel länger reiten würde, wenn wir sie lassen würden. Das Cerebra Innovation Centre hat einen superbequemen, cool aussehenden Helm gebaut, der ihr erlaubt, in dem Sport, den sie liebt, mitzuhalten. Die Mitarbeiter von Cerebra haben ihr sogar noch einen Überzug in ihrer Lieblingsfarbe über den Helm gespannt!“