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Medizin
Additive Fertigungsverfahren in der Medizin
Inhaltsverzeichnis
Herausforderungen der Medizinbranche
Vorteile durch Additive Fertigung (AM)
AM - Patienten-spezifische Implantate
AM - Vorteile für Patient und Krankenhaus
AM - Patienten-spezifische Einweginstrumente
AM - Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus
AM - Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen
AM - Serienfertigung Medizinischer Geräte
EOS-Partner
Das Prinzip EOS: das große Ganze in jedem Detail
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Think the impossible. You can get it.
Stand 03/2013. Technische Änderungen vorbehalten. EOS ist nach ISO 9001 zertifiziert.
EOS GmbH Electro Optical SystemsHauptniederlassung Robert-Stirling-Ring 1 D-82152 Krailling bei München Tel.: +49 89 893 36-0 Fax: +49 89 893 36-285
EOS Niederlassungen
EOS France Tel.: +33 437 49 76 76 EOS India Tel.: +91 44 28 15 87 94 EOS Italy Tel.: +39 0233 40 16 59 EOS Korea Tel.: +82 32 552 82 31
EOS Nordic & Baltic Tel.: +46 31 760 46 40
EOS of North America Tel.: +1 248 306 01 43 EOS Singapore Tel.: +65 6430 05 50 EOS Taiwan Tel.: +886 3 657 63 51 EOS UK Tel.: +44 1926 62 31 07
www.eos.info • [email protected]
Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280 (Quelle: Within)
Ausgewählte Kunden und Partner
Abb. 1:
Fingerimplantate
(Quelle: Within)
Abb. 2:
Wirbelsäulenimplantate
(Quelle: Within)
Abb. 3:
Stereotaktische Plattform
(Quelle: FHC, Inc.)
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• Individualisierung
Die fertigungstechnische
Umsetzung patienten-individueller
Prothetik kann für den Patienten
eine oft langwierige Anpassungs-
phase bedeuten, um ein optimales
Ergebnis zu erzielen. Dies und
der Wunsch des Patienten nach
einer Personalisierung des Pro-
duktdesigns sind oft mit enormen
(Mehr-)Kosten verbunden.
• KomplexeGeometrien
Freiformstrukturen können mit
konventionellen Produktions-
methoden wie Fräsen, Drehen
oder Gießen nur bedingt herge-
stellt werden. Gleichzeitig wächst
der Wunsch, sich von Erfolgs-
modellen aus der Natur inspirieren
zu lassen und beispielsweise
Implantate nach bionischen
Prinzipien zu fertigen. Ziel ist es,
schnellere Heilungserfolge bei
den Patienten herbeizuführen.
• Funktionsintegration
Medizinische Produkte, die eine
oder mehrere Funktionen erfüllen,
müssen meist nach der Fertigung
in aufwendiger Montagearbeit
zusammengefügt werden. Ziel
in Produktentwicklung und
Fertigung ist es daher, mehrere
Funktionen mit möglichst wenig
Bauteilen abzudecken.
• Kostenreduktion
Innovative Produkte beschleu-
nigen den Heilungserfolg und
entlasten damit Gesundheits-
system und Patienten
gleichermaßen. Je besser ein
Patient versorgt wird, umso
geringer sind die finanziellen
Aufwendungen, die er für
Krankenhausaufenthalt und
Folgetherapie erbringen muss.
• SchnelleVerfügbarkeit
Oft vergehen mehrere Jahre, bis
eine medizinische Innovation
den Patienten direkt erreicht.
Je schneller ein Medizinprodukt
angewendet und eingesetzt
werden kann, umso besser ist es
für den Patienten. Beschleunigten
Produktentwicklungsprozessen
und einer schnellen Fertigung
wird deshalb eine immer höhere
Bedeutung beigemessen.
DerAnspruchderMedizintechnologieistes,dieMobilitätdesMenschenzuerhalten,zuunterstützen
oderwiederherzustellen.BeiderHerstellungvonMedizinproduktensindÄrzteundPatientendabeiinvielen
BereichenaufEinzelanfertigungenoderindividualisierteKleinserienangewiesen.MaterialundVerarbei-
tungderProduktemüssenhohenQualitätsansprüchengenügen.ZudemsollendieErzeugnissemöglichst
schnellverfügbarundnachMöglichkeitkostengünstigsein.
Herausforderungen der Medizinbranche
EOS setzt diese Ansprüche in
maßgeschneiderte Lösungen um.
Mit seinem Additiven Fertigungs-
verfahren, zu dem Systeme, Werk-
stoffe und Applikationslösungen
gehören, unterstützt EOS seine
Kunden in allen relevanten Phasen
des Entwicklungs- und Fertigungs-
prozesses.
EOS–weltweitführendin
AdditiverFertigung
Gegründet 1989, ist EOS heute der
globale Technologie- und Innova-
tionsführer im Bereich der Additiven
Fertigung von Kunststoff- und
Metallteilen und Anbieter konstruk-
tionsgetriebener, integrierter
Abb. 4:
Wirbelsäulenimplantate,
Werkstoff: EOS Titanium
Ti64 (Quelle: Within)
Fertigungslösungen für industrielle
Anwendungen. Das von EOS
angebotene generative Fertigungs-
verfahren des Laser-Sinterns
ermöglicht die schnelle, flexible
und kostengünstige Produktion
direkt aus elektronischen 3D-Daten:
Schicht für Schicht und basierend
auf einer Vielzahl von Kunststoff-
und Metall-Werkstoffen.
Als bahnbrechende Technologie
ebnet die Additive Fertigung den
Weg für einen Paradigmenwechsel
in Konstruktion und Fertigung: Sie
ermöglicht die schnelle, kosteneffi-
ziente und hochqualitative Herstel-
lung von medizinischen Geräten in
nahezu beliebig komplexen Formen,
die mit herkömmlichen Verfahren
kaum realisierbar sind. Additive
Fertigung beschleunigt die Produkt-
entwicklung, bietet gestalterische
Freiheiten, optimiert Strukturen und
ermöglicht ein hohes Maß an Funk-
tionsintegration.
Damit eröffnet EOS seinen Kunden
entscheidende Marktvorteile und
bietet ein komplettes Lösungsport-
folio an: Systeme, Anwendungs-
Know-how, Software, Parameter,
Werkstoffe und deren Weiterent-
wicklung sowie umfassende pro-
duktbegleitende Dienstleistungen,
wie beispielsweise Wartung, An-
wendungsberatung und Schulungen.
Vorteile durch Additive Fertigung (AM)
4
Additive Fertigung — Patienten-spezifische Implantate
Die Orthopädie muss sich einer
zentralen Herausforderung stellen:
Jeder menschliche Körper ist anders.
Trotzdem soll ein Implantat im
Idealfall perfekt sitzen, schnell vom
Körper angenommen werden und
damit langfristig die Lebensqualität
für den Patienten erhöhen. Wo es um
individuelle Patientengeschichten
geht, greifen standardisierte
Orthopädielösungen jedoch häufig
zu kurz. Auf der anderen Seite ist
der Kostendruck hoch, verbunden
mit dem Zwang, schnell auf
spezifische oder sich ändernde
Anforderungen reagieren zu können.
Die Orthopädie setzt bei der Herstel-
lung von Implantaten zunehmend
das Additive Fertigungsverfahren
von EOS ein, da dieses eine Reihe
von Vorteilen bietet.
„Wir verwenden Additive Fertigung
seit Jahren für das Design von
Wirbelsäulen-, Hüft- und anderen
Implantaten aus Metall.“
Dr. Siavash Mahdavi, Projektbe-
teiligter und Geschäftsführer von
Within Technologies
Abb. 5: Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280
Animation des
Gitterstrukturaufbaus
(Quelle: Within)
Bitte scannen Sie den
QR-Code mit einer Smart-
Phone-App wie etwa
Scanlife, www.scanlife.com
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Additive Fertigung — Vorteile für Patient und Krankenhaus
VerbessertePatientenversorgung
Mithilfe von Additiver Fertigung
können Gitterstrukturen erzeugt
werden, die den Heilungsprozess
nach dem Einsetzen eines Implan-
tats in den menschlichen Körper
maßgeblich beschleunigen können.
Zudem sorgt eine relativ große und
durch den Herstellungsprozess
definierbare raue Oberfläche für eine
bessere Einheilung des Implantats
und damit ein optimales Verwachsen
des Implantats mit dem Knochen.
Auf Basis von 3D-CAD-Daten können
patienten-individuelle Implantate
erzeugt werden. Die Behandlung
kann damit optimiert, ein Kranken-
hausaufenthalt verkürzt und unan-
genehme Nebenwirkungen für den
Patienten können vermindert werden.
Wirtschaftlichkeitfürdas
Krankenhaus
Den Bedürfnissen von Patient
und Krankenhaus kommen patien-
ten-individuelle Implantate sehr
entgegen. Doch trotz aller Indivi-
dualisierung müssen die Stück-
kosten in einem wirtschaftlichen
Rahmen bleiben. Additive Ferti-
gung ermöglicht die Herstellung
kleiner Stückzahlen zu vernünfti-
gen Preisen. Mit diesem Herstel-
lungsverfahren kann ein hoher
Flexibilitätsgrad erreicht werden,
da die Optimierung und Anpas-
sung eines auf 3D-CAD-Daten
basierenden Implantats sehr
schnell umgesetzt werden können.
Abb. 6:
Fingerimplantate,
Werkstoff:
EOS Titanium Ti64
(Quelle: Within)
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Additive Fertigung — Patienten-spezifische Einweg-Instrumente
Die Chirurgie benötigt Geräte und
Instrumente, die mit einem Höchst-
maß an Präzision gefertigt werden.
Bei komplizierten Eingriffen setzen
Chirurgen zunehmend auf patienten-
spezifische, chirurgische Einweg-
Instrumente, die auf Basis von
3D-CAD-Daten mit generativen
Fertigungsverfahren hergestellt
werden. Die Reaktionszeit auf die
Bedürfnisse der Ärzte ist dabei
oftmals ein entscheidender Faktor,
denn mit Additiver Fertigung kann
die Durchlaufzeit immens verkürzt
werden.
„Der Trend bei medizinischen
Geräten geht hin zu maßge-
schneiderten Lösungen. Die
EOS-Technologie bietet uns die
Möglichkeit, patienten-spezifische
Produkte zu fertigen, dabei die
Kosten zu kontrollieren und
gleichzeitig die Lieferzeiten für
unsere Kunden zu verkürzen.“
Ron Franklin, Chief Technology
Officer bei STarFix™
„Durch den Wechsel zur Additiven
Fertigungstechnologie können
wir Verbesserungspotenziale für
unsere Produkte realisieren. Die
Flexibilität, mit der statt Einheits-
lösungen patienten-spezifische
Produkte gefertigt werden können,
ermöglicht Krankenhäusern, Geld
einzusparen und bessere Ergeb-
nisse für Patienten zu erzielen.“
Fred Haer, CEO von FHC und
Vorstandvorsitzender von STarFix™
Abb. 7:
Stereotaktische
Plattform, STarFix-
Halterung mit zwei
Zielbereichen,
Werkstoff: PA 2200
(Quelle: FHC, Inc.)
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Additive Fertigung — Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus
Operationssituation hin optimiert,
die Funktionalität erhöht werden.
Damit kann der Chirurg präziser
arbeiten und in der Folge auch die
Operationszeit erheblich reduzieren.
Die Gefahr von Fehlern, Komplika-
tionen oder auch Infektionen bei der
Operation wird zudem vermindert.
Wirtschaftlichkeit für das
Krankenhaus
Für konventionell gefertigte In-
strumente fallen üblicherweise
zusätzlich Sterilisations- und
Lagerkosten an, die im Falle von
Einweg-Instrumenten, die mit der
EOS-Technologie hergestellt werden,
erheblich reduziert werden können.
Produktionsseitig können trotz
Individualisierung der Instrumente
eine höhere Produktivität und
niedrigere Stückkosten als bei kon-
ventionell gefertigten Instrumenten
realisiert werden. Der Chirurg erhält
so ein hochqualitatives und präzises
Produkt, das den strengen Maß-
stäben für medizinische Anwen-
dungen gerecht wird.
VerbessertePatientenversorgung
Ein perfekt auf den Patienten und
die Operationssituation zuge-
schnittenes chirurgisches Instru-
ment sorgt dafür, dass der Patient
weniger Zeit im Operationssaal
verbringen muss und damit auch
die Narkose kürzer ausfallen kann.
Ein Implantat kann mithilfe von
individualisierten Instrumenten
präziser eingesetzt werden, was die
Wahrscheinlichkeit einer weiteren
Operation und langwierigen Rehabi-
litation minimiert. Im Gegensatz zu
Operationen, die mit konventionell
gefertigten, standardisierten
Instrumenten durchgeführt werden,
kann mit patienten-spezifischen
Instrumenten eine Operation oft
minimal-invasiv erfolgen. In der
Summe eine Erleichterung für den
Patienten.
PräzisionfürdenChirurgen
Wird ein speziell auf den Patienten
hergestelltes chirurgisches Instrument
bei einer Operation verwendet, so
bringt dies auch Erleichterungen für
den Chirurgen mit sich: Das Instru-
mentendesign kann auf die spezielle
Abb. 8:
VISIONAIRE™,
Patientenspezifische
Bohrlehre für Knieoperationen,
Werkstoff: PA 2200
(Quelle: Smith & Nephew Inc.)
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VerbessertePatientenversorgung
Die gesamte Prothese wird in nur
wenigen Teilen hergestellt. Dabei
spielt nicht nur die Funktion der
Teile, sondern auch die Gestaltung
der gesamten Prothese eine Rolle.
Die Prothese soll das Volumen des
gesamten Beines wiedergeben,
dieses jedoch nicht imitieren. Es
entsteht eine ganz neue Ästhetik,
die eine generativ gefertigte
Prothese auszeichnet. Diese kann
mit keinem anderen Verfahren
erreicht werden.
Gewichtsreduktion
So können auf Basis von 3D-
Geometriedaten und unter Einbe-
ziehung bionischer Vorbilder
maßgeschneiderte, funktionelle
und hochtechnisierte Produkte
entwickelt und gefertigt werden.
Durch die Geometriefreiheit des
Produktionsverfahrens lassen sich
beliebig komplexe Geometrien
und innere Strukturen herstellen.
Das spart Gewicht und ist für den
Patienten komfortbel.
WirtschaftlicheFertigung
Das Additive Fertigungsverfahren
von EOS überzeugt durch eine
flexible und schnelle Produktion
und die Bauteile sind mit wenig
Materialaufwand effizient zu
fertigen.
DieVerbindungvonAdditiverFertigungmitOrthopädietechnikliefert
inProthetikundOrthetikverbesserteErgebnisse.EineneueGeneration
derProthesenfertigungwirddurchdieKombinationneuerHerstel-
lungstechnologienmitinnovativenSimulationenerreicht.Dieinder
ProthetikgefordertenISO-NormenkönnengenerativeFertigungs-
technologienaufgrunddergutenMaterialeigenschaftendesKunststoffs
ohneWeitereserfüllen.DieEinhaltunghoherQualitätsstandardsist
somitgesichert.
Abb. 9:
Computerdarstellung
einer Komplettprothese
(Quelle: Gottinger
Orthopädietechnik GmbH,
Fraunhofer IPA)
Additive Fertigung — Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen
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VielemedizinischeGeräteundTeilederLaborausstattungsindnichtnurhochwertigundkomplex,sondern
auchNischenprodukte,dieinKleinserienproduziertwerden.FüreinekonventionelleFertigungsindhäufig
teureWerkzeugeerforderlich,derenWertaufdieProdukteumgelegtwerdenmuss.DieLaser-Sinter
TechnologiehingegenarbeitetwerkzeuglosundermöglichtdeshalbeinewirtschaftlicheHerstellung
vonBauteileninkleinerenSerienbishinzuLosgrößeEins.UnternehmenausderMedizintechnik,wiedie
AndreasHettichGmbH,habendiesehoheRentabilitäterkanntundsetzenmittlerweileaufdasAdditive
Schichtbauverfahren.DerZentrifugenherstellernutztesfürdieProduktentwicklungundProduktionund
konntesonichtnurdenWertseinerProdukteerhöhen,sondernauchdieHerstellungskostensenken.
Typische Produktionsmengen für
diese Zentrifugen belaufen sich
auf zehn bis 1.000 Stück pro Jahr.
Hettich erfand und patentierte
eine neue Form der Zentrifuge, die
das Sedimentieren und Separieren
der Blutkomponenten in einem
Gerät ermöglicht. Der ROTOMAT
besteht aus einem Trommelmotor
mit sechs Behältern und Auffang-
schalen. Die Behälter besitzen eine
aufwendige Geometrie und unter-
liegen hohen Rotationsgeschwindig-
keiten mit Beschleunigungskräften
in Höhe von 1.200-facher Erdbe-
schleunigung. Die konventionelle
Fertigung der Behälterkomponenten
erfolgte über komplexe Werkzeuge
und erforderte eine zeitaufwendige
Montage. Nach einer umfassenden
technischen Evaluierung entschied
sich der Branchenspezialist, seine
Herstellungsmethode für die Zen-
trifugengehäuse zu ändern. Von
jetzt ab wurden die Komponenten
mit der Additiven Fertigungsme-
thode von EOS produziert.
WirtschaftlicheFertigung
Es war nur minimal teurer, das
abgeänderte Bauteil per Laser-
Sintern zu produzieren, sparte
aber die Gesamtkosten für einen
Werkzeug-Satz. Zusätzlich ergaben
sich weitere Kosteneinsparungen
durch reduzierte Montage und
logistische Kosten. Weiterhin kann
Laser-Sintern „auf Anfrage“ ein-
gesetzt werden. Falls notwendig,
können weitere Änderungen in der
Konstruktion oder Produktvarianten
zeitnah und zu minimalen Kosten
implementiert werden. Zum Beispiel
können für unterschiedliche Blut-
beutel unterschiedliche Versionen
angefertigt werden.
Funktionsintegration
Die Produktfunktionalität wurde
verbessert. Aufgrund der nun
werkzeuglosen Herstellung der
Behälter sowie der Möglichkeit,
Funktionen zu integrieren, konnte
ein höherer Produktwert erzielt
werden. Gleichzeitig verringerten
sich die Produktionskosten.
Additive Fertigung — Serienfertigung für Medizinische Geräte
Abb. 10/11: Waschzentrifuge für die Blutgruppenserologie, Serienproduktion mit EOSINT P 380, Werkstoff PA 2200 (Quelle: Hettich)
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WITHIN-
Design-PartnerfürEOS
WITHIN, eine junge, in London
ansässige Design-Beratung hat
spezielle Software-Tools entwickelt,
mit denen die Möglichkeiten der
Additiven Fertigung kontinuierlich
erweitert werden: Das Herzstück
ist eine leistungsfähige Optimie-
rungssoftware, die durch die Natur
inspiriert ist und auf künstlicher
Intelligenz beruht. Mit ihrer Hilfe
wird ein vorgegebenes Design durch
Integration von Gitternetzstrukturen
und Anpassung der Außenflächen
optimiert. So können genau defi-
nierte Anforderungen erfüllt werden:
Bestimmte Regionen können bei-
spielsweise gezielt versteift werden,
während andere Bereiche flexibel
gestaltet sind und insgesamt kann
Gewicht eingespart werden. Das
Bauteil mit integrierter Gitter-
struktur kann dann mit der Laser-
Sinter-Technologie hergestellt
werden. Daher ist die WITHIN-
Software optimal geeignet für
patienten-spezifische Operations-
hilfen und Implantate.
IMDS–
EOS-PartnerimMedizinbereich
IMDS (Innovative Medical Device
Solutions) unterstützt seine Kunden
bei der Vertragserstellung sowie
der umfassenden Entwicklung und
Herstellung von Medizingeräten.
IMDS fokussiert sich auf Innovation
und schnelle Markteinführungen.
IMDS liefert Produkte, die die
Lebensqualität und Pflegestandards
für Patienten erhöhen.
EOS-Partner
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Das industrielle Additive Fertigungs-
verfahren von EOS ebnet den Weg
hin zu einer verbesserten patienten-
individuellen Versorgung. Für die
beste Lösung Ihrer individuellen
Anforderungen bietet Ihnen EOS weit
mehr als die notwendigen Materialien
und Systeme für den Fertigungs-
prozess. Mit einem hohen Markt-
verständnis und dem Wissen um die
spezifischen Entwicklungsabläufe
der Medizinbranche arbeitet EOS
mit einem starken Partner-Netzwerk.
Das Ergebnis: EOS berät und begleitet
Sie zuverlässig und umfassend über
den gesamten Entwicklungs- und
Produktionsprozess hinweg, egal, ob
Prototypenbau oder Serienfertigung.
Das garantiert Ihnen einen sicheren,
vielfach erprobten und hochquali-
tativen Herstellungsprozess.
Siesindeinzigartig
Die EOS-Technologie ermöglicht
Ihnen einen kostengünstigen Ferti-
gungsprozess bereits ab Losgröße
Eins. Testreihen, Prototypen und
patienten-individuelle Einzelstücke
können damit profitabel umgesetzt
werden.
Siesindfrei
Anders als bei konventionellen
Fertigungslösungen ist die Her-
stellbarkeit von Konstruktionen
keine Frage mehr. So können Sie
sich ganz auf innovative Funktiona-
litäten konzentrieren, und dies
nahezu unabhängig von Prozess-
grenzen.
Das Prinzip EOS: das große Ganze in jedem Detail
EOS-Systeme sind in der Lage, Medizinprodukte herzustellen. EOS kann jedoch
keine Gewähr übernehmen, dass diese Produkte allen Anforderungen genügen.
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Medizin
Additive Fertigungsverfahren in der Medizin
Inhaltsverzeichnis
Herausforderungen der Medizinbranche
Vorteile durch Additive Fertigung (AM)
AM - Patienten-spezifische Implantate
AM - Vorteile für Patient und Krankenhaus
AM - Patienten-spezifische Einweginstrumente
AM - Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus
AM - Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen
AM - Serienfertigung Medizinischer Geräte
EOS-Partner
Das Prinzip EOS: das große Ganze in jedem Detail
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Think the impossible. You can get it.
Stand 03/2013. Technische Änderungen vorbehalten. EOS ist nach ISO 9001 zertifiziert.
EOS GmbH Electro Optical SystemsHauptniederlassung Robert-Stirling-Ring 1 D-82152 Krailling bei München Tel.: +49 89 893 36-0 Fax: +49 89 893 36-285
EOS Niederlassungen
EOS France Tel.: +33 437 49 76 76 EOS India Tel.: +91 44 28 15 87 94 EOS Italy Tel.: +39 0233 40 16 59 EOS Korea Tel.: +82 32 552 82 31
EOS Nordic & Baltic Tel.: +46 31 760 46 40
EOS of North America Tel.: +1 248 306 01 43 EOS Singapore Tel.: +65 6430 05 50 EOS Taiwan Tel.: +886 3 657 63 51 EOS UK Tel.: +44 1926 62 31 07
www.eos.info • [email protected]
Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280 (Quelle: Within)
Ausgewählte Kunden und Partner