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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siebdruckverfahren zum Herstellen von Tabletten und eine Siebdruckvorrichtung zum Herstellen von Tabletten.
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Die Personalisierung von Medikamenten und Nahrungsergänzungsmitteln steht seit einiger Zeit im Fokus der Pharmaindustrie und der Anbieter von Nahrungsergänzungsmitteln. Bei den Anbietern von Nahrungsergänzungsmitteln gibt es Firmen, die unterschiedliche Präparate/Tabletten konfektionieren, sie also aufgrund von Kunden-Merkmalen aus einem großen Angebot an Präparaten auswählen und die einzelnen Tabletten dann in einer Tüte pro Tag abpacken. Alternativ werden Granulate unterschiedlicher Wirkstoffe durch eine geschulte Fachkraft personalisiert kombiniert, dosiert und die Mischung in einem Gefäß vom Fachhandel abgefüllt.
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In der Pharmaindustrie gibt es Bestrebungen, personalisierte Medikamente mittels Additive Manufacturing (3D-Druck) herzustellen. Die am häufigsten genannten Verfahren sind Fused Deposition Modelling (FDM) und Drop on Powder (DoP).
Mittels 3D-Druck können dabei mehrere Herausforderungen bei der Herstellung dieser personalisierten Wirkstoff-Freisetzungssysteme, wie z.B. personalisierter Tabletten, gemeistert werden:
- - Die gezielte/gesteuerte Kombination von Wirkstoffen
- - Die gezielte Dosierung der Wirkstoffe
- - Die gezielte Deponierung der Wirkstoffe in einem dreidimensionalen Wirkstoffträger (Tablette)
- - Die additive Fertigung von Wirkstoffträgern mit einem sehr großen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, um eine schnelle Freisetzung zu ermöglichen
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Ein attraktiver Ansatz, der es ermöglicht, unterschiedliche Wirkstoffe patientenspezifisch in einer kompletten Charge von Tabletten zu kombinieren und zu dosieren, ist der 3D-Siebdruck. Hierbei wird pro Wirkstoff-Paste ein Siebdruck-Modul eingesetzt, bei dem sich die Wirkstoff-Paste offen auf dem Sieb befindet, vergleichbar mit den unterschiedlichen Farben beim klassischen 2D-Siebdruck. Der Druck der Wirkstoff-Pasten wird dann in mehreren Schichten (bis zu einigen hundert) wiederholt und dabei nach Bedarf die Siebdruck-Module mit den unterschiedlichen Wirkstoffpasten gewechselt. Dieser Modulwechsel stellt technologisch und zeitlich einen hohen Aufwand dar.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wirkstoffpasten beim Herstellen von Tabletten mittels 3D-Siebdruck chargenweise, sicher, schnell und hygienisch ohne aufwendigen Modulwechsel zu verarbeiten.
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Diese technische Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Technisch vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die technische Aufgabe durch ein Siebdruckverfahren zum Herstellen von Tabletten gelöst, mit dem Schritt eines Aufnehmens einer Wirkstoffpaste in einer Hohlkammerrakel; eines Aufbringens der Wirkstoffpaste aus der Hohlkammerrakel auf ein Sieb; und eines Drückens der Wirkstoffpaste durch das Sieb durch eine Relativbewegung zwischen der Hohlkammerrakel und dem Sieb. Die Wirkstoffpaste kann im Inneren der Hohlkammerrakel hygienisch eingeschlossen werden. Das Siebdruckverfahren ist flexibel, schnell und effektiv. Es können kleine Chargen, beispielsweise 100 Tabletten personalisiert mit multiplen Wirkstoffen produziert werden. Die Wirkstoffzusammensetzung und -dosierung können patientenspezifisch pro Charge abgestimmt und als Tagesdosis in einer einzigen Tablette enthalten sein.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens ist die Hohlkammerrakel auswechselbar. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine weitere Hohlkammerrakel mit einer anderen Wirkstoffpaste ausgetauscht werden kann. Indem mehrere Hohlkammerrakel mit unterschiedlichen Wirkstoffpasten verwendet werden, lassen sich Tabletten schichtweise und patientenindividuell mit unterschiedlichen Wirkstoffen aufbauen, ohne das gesamte Siebdruck-Modul auswechseln zu müssen
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens wird eine erste Wirkstoffpaste mittels einer ersten Hohlkammerrakel aufgebracht und eine zweite Wirkstoffpaste mit einer zweiten Hohlkammerrakel aufgebracht. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Tabletten mit einer Kombination unterschiedlicher Wirkstoffe hergestellt werden können.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens umfasst die Hohlkammerrakel eine verschließbare Schlitzdüse, durch die die Wirkstoffpaste auf das Sieb aufgebracht wird. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Wirkstoffpaste innerhalb der Hohlkammerrakel hygienisch verschlossen werden kann und nur die benötigte Menge bei Bedarf auf das Sieb aufgebracht werden kann.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens wird die Hohlkammerrakel mit einem Druck beaufschlagt, um die Wirkstoffpaste aus der Hohlkammerrakel auszugeben. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auf einfache Weise während dem Siebdruckverfahren auf das Sieb ausgeben und die ausgegebene Menge gesteuert werden kann.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens wird das Sieb relativ zu der Hohlkammerrakel bewegt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass mehrere Hohlkammerrakel in Reihe angeordnet werden können und mehrere Tabletten-Chargen seriell gedruckt werden können.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens wird das Sieb nur über zwei gegenüberliegende Seiten parallel zur Hohlkammerrakel gespannt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Sieb im Druckprozess gleichmässig über die gesamte Länge der Unterseite der Hohlkammerrakel angedrückt wird.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens wird das Sieb über Rollen umlaufend geführt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass unterschiedliche Bereiche des umlaufenden Siebes zur Herstellung unterschiedlicher Tabletten-Chargen verwendet werden können.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens wird die aufgebrachte Wirkstoffpaste nach dem Druckprozess (auf einem Substrat) verfestigt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Tablette in einer exakten Form hergestellt werden kann und anschliessend einfacher hantierbar ist.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform des Siebdruckverfahrens wird das Sieb nach dem Aufbringen der Wirkstoffpaste gereinigt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Wirkstoffreste an dem Sieb entfernt werden können und dasselbe Sieb für einen neuen Wirkstoff oder eine neue Tabletten-Charge (ohne Kreuzkontamination) verwendet werden kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die technische Aufgabe durch eine Siebdruckvorrichtung zum Herstellen von Tabletten gelöst, mit einer Hohlkammerrakel zum Aufnehmen einer Wirkstoffpaste in einer Hohlkammerrakel und einer Düse zum Aufbringen der Wirkstoffpaste aus der Hohlkammerrakel auf ein Sieb. Dadurch werden die gleichen technischen Vorteile wie durch das Siebdruckverfahren nach dem ersten Aspekt erreicht.
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In einer technisch vorteilhaften Ausführungsform der Siebdruckvorrichtung ist die Hohlkammerrakel auswechselbar. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Tabletten mit unterschiedlichen Wirkstoffen patientenindividuell hergestellt werden können.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform der Siebdruckvorrichtung umfasst die Siebdruckvorrichtung eine verschließbare Schlitzdüse. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Wirkstoffpaste nicht offen auf dem Sieb befindet und nur die benötigte Menge der Wirkstoffpaste aus der Hohlkammerrakel dosiert und die Hohlkammerrakel anschliessend wieder verschlossen werden kann.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform der Siebdruckvorrichtung umfasst die Siebdruckvorrichtung ein Sieb, das nur über zwei gegenüberliegende Seiten parallel zur Hohlkammerrakel gespannt ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Sieb einfacher fixierbar und austauschbar ist.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform der Siebdruckvorrichtung umfasst die Siebdruckvorrichtung ein umlaufendes Sieb. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass unterschiedliche Bereiche des umlaufenden Siebes zur Herstellung unterschiedlicher Tabletten-Chargen verwendet werden können.
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In einer weiteren technisch vorteilhaften Ausführungsform der Siebdruckvorrichtung umfasst die Siebdruckvorrichtung ein Magazin zur Aufnahme mehrerer Hohlkammerrakel. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Mehrzahl von Hohlkammerrakeln mit unterschiedlichen Wirkstoffpasten für die Herstellung der Tabletten verwendet werden kann.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird die technische Aufgabe durch eine Hohlkammerrakel für ein Siebdruckverfahren gelöst, mit einer Kammer zum Aufnehmen einer Wirkstoffpaste. Dadurch werden die gleichen technischen Vorteile wie durch das Siebdruckverfahren nach dem ersten Aspekt erreicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 Stand der Technik eines Siebdruck-Moduls
- 2 Stand der Technik zum Wechsel von Siebdruckmodulen
- 3 Eine Hohlkammerrakel im Schnitt
- 4-9 Ablauf des 3D-Siebdrucks mittels erfindungsgemässen Verfahren und Vorrichtungen
- 4 wesentliche Module und Komponenten einer erfindungsgemässen 3D-Siebdruckvorrichtung
- 5 Abgeschlossener Schichtauftrag und Absenkung des Trägers
- 6 Verfahren des Verfestigungsmoduls zur Verfestigung der gedruckten Schicht
- 7 Neue abgesenkte Position des Trägers zum gegenläufigen Materialauftrag
- 8 Nach Beendigung des Siebdrucks bewegt sich der Träger aus dem Druckbereich heraus
- 9 Der benutzte Siebabschnitt wird dem Reinigungsmodul zugeführt und gereinigt.
- 10 Frontansicht einer bevorzugten Ausführungsform der 3D-Siebdruck-Vorrichtung mit Gantry-System
- 11 Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der 3D-Siebdruck-Vorrichtung mit Gantry-System
- 12 Siebaufnahme mit gegenüberliegender Halterung
- 13 Einmalsieb von Rolle zu Rolle
- 14 Bevorzugte Ausführungsform einer 3D-Siebdruck-Vorrichtung in Seitenansicht mit seriell angeordneten Hohlkammerrakeln und umlaufendem Sieb
- 15 Prozessablauf
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1 zeigt den Stand der Technik eines Siebdruck-Moduls mit einem in einem allseitigen Spannrahmen 44 gespannten Sieb 46, einer Rakel 43 und der offen auf dem Sieb 46 befindlichen Paste 45, sowie Passmarken 40 auf dem Rahmen.
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2 zeigt den Stand der Technik mit dem Einsatz bzw. dem Wechsel von 1 - n Siebdruckmodulen 47, bestehend aus Spannrahmen 44, Sieb 46 und Rakel 43, bei der Verwendung von 1 - n Pasten 45. Und einen darunter befindlichen Substrat-Träger 42 mit Substrat 5 und darauf gedruckten Objekten/Tabletten 6. Die angedeuteten Passmarken 40, 41 machen deutlich, dass der Substrat-Träger 42 und das jeweilige Siebdruckmodul 47 bei jedem Wechsel des Siebdruckmoduls 47 präzise zueinander ausgerichtet werden müssen.
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3 zeigt die Hohlkammerrakel 1 im Schnitt, in der sich in einer Kammer die Wirkstoffpaste 21 befindet, mit dem Drehventil bzw. der Schlitzdüse 19, 20 in den Stellungen „offen“ 19 und „geschlossen“ 20.
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4 bis 9 zeigen den Ablauf des 3D-Siebdrucks mittels einer der erfindungsgemässen Verfahren und Vorrichtungen:
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4 zeigt die wesentlichen Module und Komponenten einer erfindungsgemässen 3D-Siebdruckvorrichtung, wobei sich die Hohlkammerrakel 1 in eine Richtung über das umlaufende Sieb 2 bewegt, wenn das Sieb 2 steht und dabei die Paste 21 durch die geöffnete Schlitzdüse 19 extrudiert und durch die offenen Maschen des Siebes 2 auf die zuletzt gedruckte und verfestigte Schicht der Tabletten 6 druckt.
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Dabei wird die Hohlkammerrakel 1 in den Führungsnuten 10 der Aufnahmevorrichtung 9 oberhalb des umlaufenden Siebes 2 gehalten, wobei das umlaufende Sieb2 mit einem Transportmechanismus, der mit mindestens zwei parallel, einander gegenüber angeordneten Rollen 3 ausgestattet ist, bewegt wird und einem Verfestigungsmodul 7 und einem Reinigungsbereich mit Reinigungsmodul 8 für das Sieb 2 und einem Transportmodul mit einem Träger 4 für ein Substrat 5, auf das die dreidimensionalen Objekte/Tabletten 6 schichtweise gedruckt werden.
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In 5 ist der Schichtauftrag abgeschlossen und der Träger 4 mit dem Substrat 5 und den gedruckten Objekten/Tabletten 6 wird abgesenkt.
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In 6 verfährt das Verfestigungsmodul 7 zwischen Sieb 2 und Substrat 5 oberhalb der zuletzt gedruckten Schichten der Objekte/Tabletten 6, um diese zu verfestigen.
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In 7 ist der Träger 4 mit dem Substrat 5 und den gedruckten Objekten/Tabletten 6 wieder so weit unter das Sieb 2 gefahren, dass die nächste Schicht gedruckt werden kann, indem die Hohlkammerrakel 1 in die entgegengesetzte Richtung über das stillstehende Sieb bewegt wird.
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In 8 ist der Siebdruck der Tabletten-Charge abgeschlossen und der Träger 4 mitsamt Substrat 5 und Tabletten 6 bewegt sich nach unten und aus dem Druckbereich heraus.
In 9 wird der benutzte Siebabschnitt des Siebes 2 dem Reinigungsbereich zugeführt und durch das Reinigungsmodul 8 gereinigt. Bei dem umlaufenden Sieb 2 wird so automatisch ein gereinigter Siebabschnitt dem Druckbereich für den Druck einer neuen Tabletten-Charge zugeführt.
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10 und 11 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der 3D-Siebdruck-Vorrichtung aus Front- und Seitenansicht, bestehend aus einem Gantry-System 14 ausgestattet mit einer Aufnahmevorrichtung 9 für eine Hohlkammerrakel 1, die durch das Gantry-System 14 mittels X-Achse 11, Y-Achse 12 und Z-Achse 13 bewegt werden kann, einem Magazin 22 zur Deponierung der Hohlkammerrakel 1, einem umlaufenden Sieb 2 und einem Transportmechanismus mit mindestens zwei parallel, einander gegenüber angeordneten Rollen 3 für das umlaufende Sieb 2, um einen Siebabschnitt in einen Druckbereich zu transportieren, einem Reinigungsbereich mit Reinigungsmodul 8 für das umlaufende Sieb 2, einem Transportmodul für einen Träger 4 mit einem Substrat 5, um das Substrat 5 in den Druckbereich unter das umlaufende Sieb 2 zu transportieren.
Die Aufnahmevorrichtung 9 ist mit einer Gewindestange 15 mit Antrieb und zwei seitlichen Führungsnuten 10, einem Pneumatik-Adapter 17 und einem Drehgeber 16 für die Schlitzdüse 19/20 ausgestattet.
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12 zeigt anstelle eines umlaufenden Siebes eine Siebaufnahme 37 in der das Sieb an zwei gegenüberliegenden Seiten gehalten wird oder, wie hier dargestellt, ein auswechselbarer Rahmen mit Sieb 38 gehalten werden kann.
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13 zeigt anstelle eines umlaufenden Siebes ein Einmalsieb 47, das von einer Rolle 3 gespendet und nach Nutzung wieder auf eine Rolle 3 aufgewickelt und entsorgt wird.
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14 zeigt den Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer 3D-Siebdruck-Vorrichtung in Seitenansicht bestehend aus einer Anordnung von mindestens zwei nacheinander aufgereihten Hohlkammerrakeln 1 in Aufnahmevorrichtungen 9, einem unter den Hohlkammerrakeln 1 umlaufenden Sieb 2, einem Rollensystem 3, um das umlaufende Sieb 2 entsprechend so zu spannen und zu führen, dass es nur im Bereich der Schlitzdüsen 19, 20 der Hohlkammerrakel 1 mit dem Substrat 5 bzw. der zuletzt gedruckten Schicht der Tablette 6 in Berührung kommt und einem unterhalb des umlaufenden Siebes 2 angeordneten, umlaufenden Transportsystem 22 mit Trägern 4 für die zu bedruckenden Substrate 5, einem Aktuator pro Hohlkammerrakel 1, der in der Lage ist, jeden darunter herfahrenden Träger eine Schicht tiefer abzusenken, einem Verfestigungsmodul 7 , dass nach jeder Hohlkammerrakel 1 in Bewegungsrichtung des umlaufenden Siebes 2 unterhalb des Siebes 2 und oberhalb des Substrats 5 angeordnet ist, um die zuvor gedruckte Schicht des Objektes 6 zu verfestigen, einem Reinigungsmodul 8 nach einer Hohlkammerrakel 1 für das umlaufende Sieb 2.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Hohlkammerrakel
- 2
- Umlaufendes Sieb
- 3
- Spannelement/Spannrolle (angetrieben oder passiv)
- 4
- Träger
- 5
- Substrat
- 6
- Tablette
- 7
- Verfestigungsmodul
- 8
- Reinigungsmodul
- 9
- Aufnahmevorrichtung
- 10
- Führungsnuten
- 11
- X-Achse
- 12
- Y-Achse
- 13
- Z-Achse
- 14
- Gantry-System
- 15
- Gewindestange mit Antrieb
- 16
- Drehgeber
- 17
- Pneumatik-Adapter
- 18
- Gewindebuchse
- 19
- Schlitzdüse offen
- 20
- Schlitzdüse geschlossen
- 21
- Wirkstoffpaste
- 22
- Hohlkammerrakel-Magazin
- 23
- Höhenverstelleinheit
- 24
- Transporteinheit
- 37
- Siebaufnahme
- 38
- Rahmen mit Sieb
- 40
- Passmarke auf Rahmen
- 41
- Passmarke auf Subtrat-Träger
- 42
- Substrat-Träger
- 43
- Rakel
- 44
- Allseitiger Spannrahmen
- 45
- Paste
- 46
- Sieb
- 47
- Siebdruckmodul