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Rapid.Tech + FabCon 3.D 3D-Druck bringt Medizinprodukten nahezu vollständige gestalterische Freiheit

| Autor / Redakteur: / Kathrin Schäfer

Ob maßgefertigte Fußprothese oder individuell angepasstes Stück Schädeldecke – auf kaum einem anderen Feld kann additive Fertigung so revolutionäre und vor allem lebenswichtige Leistungen vollbringen wie in der Medizin.

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Patientenspezifische Implantate wie diese gibt es auf der Rapidtech zu sehen: eine 3D-gedruckte Knochenersatzstruktur aus Biokeramik und eine gedruckte Rekonstruktionsplatte aus Titan, aufgeschraubt auf einen – ebenfalls 3D gedruckten – Schädel.
Patientenspezifische Implantate wie diese gibt es auf der Rapidtech zu sehen: eine 3D-gedruckte Knochenersatzstruktur aus Biokeramik und eine gedruckte Rekonstruktionsplatte aus Titan, aufgeschraubt auf einen – ebenfalls 3D gedruckten – Schädel.
(Bild: Adrian M. Rohner / Nina Matter, FHNW)
  • Produkteigenschaften während der additiven Fertigung ins Material bringen
  • Mit 3D-Bioprinting künstliche Gewebestrukturen erzeugen
  • Medizinische Hilfsmittel günstig und schnell herstellen
  • Biomaterialien im 3D-Druck produzieren
  • Mikrometergenaue positionsbezogene Echtzeitüberwachung und dreidimensionale Visualisierung

Medizinische Implantate bereits im Fertigungsprozess so zu beschichten, dass sie schneller einwachsen, ist eine Herausforderung, die mittels Additive Manufacturing lösbar wird. „Ein Ansatz dafür lautet, gewünschte Produkteigenschaften bereits ins Material zu bringen und passende AM-Verfahren zu seiner Verarbeitung zu entwickeln. Das Ziel ist, bisherige Grenzen für die additive Fertigung immer weiter aufzubrechen, die Prozesse noch schneller und reproduzierbarer zu gestalten. Daran arbeiten Wissenschaft und Industrie gemeinsam auf Hochtouren. Aktuelle Forschungsergebnisse werden wir auch 2017 zum Fachforum AM Science in Erfurt präsentieren“, sagt Prof. Dr. Gerd Witt, Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungstechnik an der Universität Duisburg-Essen und Mitbegründer der Erfurter Rapid.Tech, die 2017 vom 20. bis 22. Juni stattfindet.

Mit 3D-Bioprinting bald künstliche Gewebestrukturen erzeugen

Ein rasant wachsendes Feld mit Potenzial bietet auch das 3D-Bioprinting. Hier ist es jüngst gelungen, lebende Algenzellen dreidimensional zu drucken, wie in Erfurt erstmals in einem Vortrag berichtet wird. Darauf aufbauend können lebensfähige künstliche Gewebestrukturen erzeugt werden.

Die Entwicklungen in der Medizin sind seit 2010 fester Bestandteil des Fachkongresses Rapidtech. Seit 2011 zeichnet Ralf Schumacher, Leiter Medical Additive Manufacturing an der Fachhochschule Nordwestschweiz, verantwortlich für die inhaltliche Ausrichtung des Fachforums Medizintechnik. In diesem Jahr findet es am 20. Juni 2017, dem ersten der drei Veranstaltungs- und Ausstellungstage von Rapid.Tech + Fabcon 3.D statt.

Medizinische Hilfsmittel günstig und schnell herstellen

„Insbesondere Fortschritte auf den Gebieten Orthopädietechnik und Knochenersatzmaterialien, aber auch Zulassungsbedingungen für additiv gefertigte medizintechnische Produkte bestimmen die Vorträge des Fachforums 2017. Wir kommen immer mehr von grundlegenden Forschungsthemen zu praktischen Anwenderbeispielen“, erläutert Schumacher. Vorgestellt werden unter anderem die Entwicklung einer additiv gefertigten Fußorthese sowie die Herstellung hochbelasteter individueller Prothesen. „Beide Beispiele belegen die nahezu vollständige gestalterische Freiheit bei der additiven Fertigung, mit der hinsichtlich Gewicht und Festigkeitseigenschaften optimierte, individuell angepasste medizinische Hilfsmittel kostengünstig und innerhalb kurzer Zeit hergestellt werden können“, so Schumacher.

Biomaterialien im 3D-Druck produzieren

Ein Themenbereich des Fachforums widmet sich 3D-Druck-Verfahren zur Herstellung von Biomaterialien, die vom Körper abbaubar sind. Techniken wie das selektive Laserschmelzen beziehungsweise -sintern eignen sich hier nicht, da die verwendeten Materialien durch den Laser zerstört würden. Besonders flexibel einsetzbar ist dagegen die Methode des extrusionsbasierten 3D-Drucks oder 3D-Plottens. Dabei können pastöse Materialien wie Biopolymer-Hydrogele und Komposit-Pasten aus Biopolymeren und mineralischen Pulvern bei Raum- bzw. physiologischer Temperatur genutzt werden, um biodegradable (im Körper abbaubare) Implantate und Scaffolds (Gerüste) herzustellen. Werden die Fließeigenschaften der Plot-Pasten richtig eingestellt, kann der Druckvorgang an Luft erfolgen, was das Verfahren vereinfacht und eine gute Verbindung der Schichten untereinander garantiert.

Weitere Vorträge zu Werkstoff- und Verfahrensentwicklungen beleuchten die additive Fertigung poröser Titanstrukturen für patientenspezifische Implantate sowie die Einbringung keramischer Nanopartikel ins Binder-System zur Verbesserung der mechanischen Stabilität bei 3D-gedrucktem Knochenersatz.

Eine umfassende Qualitätssicherung ist der Medizintechnik essentiell

Egal, welche Materialien und Technologien genutzt werden: Eine umfassende Qualitätssicherung in jeder Prozessphase ist gerade bei sicherheitskritischen Produkten wie in der Medizintechnik essentiell. Deshalb sind Verfahren für die mikrometergenaue positionsbezogene Echtzeitüberwachung und dreidimensionale Visualisierung beim Laserschmelzen ein weiteres Thema des Fachforums. Darüber hinaus werden aktuelle sowie zukünftige regulatorische Anforderungen an die additive Herstellung von Medizinprodukten vorgestellt.

Die wachsende Bedeutung der additiven Fertigung in der Medizintechnik belegt die Zahl von 25 eingereichten Vorträgen für das Fachforum, aus denen sieben Themen ausgewählt wurden. Die Referenten kommen von der Concept Laser GmbH, der Fachhochschule Nordwestschweiz, der Mecuris GmbH, der Munsch Additive Consulting, der TU Dresden, der Universität Paderborn sowie der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften.

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