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3D-Druck Implantate machen einen guten Eindruck

Autor / Redakteur: Christa Friedl / Udo Schnell

Implantate oder gar lebende Gewebe einfach aus dem Drucker? Der Wirbel um die 3D-Technik in der Medizin ist groß. Auch wenn der Hype wieder etwas abgeflaut ist: Durch die additive Fertigung ändern sich Wertschöpfungsketten – eine Chance für innovative Unternehmen auf einem dynamischen Markt.

(Bild: Hypecask)

Der 3D-Druck kehrt die Formgebung von Gütern um. Normalerweise wird Material abgetragen, damit eine vorgegebene Form entsteht. 3D-Drucker hingegen arbeiten additiv: Am Anfang steht ein virtuelles dreidimensionales Modell. Nach diesem digitalen Bauplan wird Material in dünnen Schichten auf eine Grundfläche aufgetragen. Nach jeder Lage senkt der Drucker die Fläche leicht ab und fügt eine weitere Schicht hinzu. So entsteht ein räumliches Gebilde, das den vorgegebenen Abmessungen und inneren Strukturen exakt entspricht, ohne dass groß nachgearbeitet werden muss. Ist das Ergebnis trotzdem noch nicht optimal, wird schlicht der Datensatz korrigiert und neu gedruckt.

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An der additiven Fertigung wird kein Weg vorbeigehen

„Produkte werden komplett digital entwickelt und produziert und die zugehörigen Baupläne können digital gehandelt werden“, beschreibt Prof. Dieter Kempf, ehemaliger Präsident des Branchenverbands Bitkom, den großen Technologiesprung. Besonders in der Medizintechnik geht an einer additiven Fertigung künftig kein Weg vorbei, denn gerade in dieser Branche geht es darum, Produkte individuell, schnell und besonders präzise zu fertigen.

Die Entwicklung verläuft seit einigen Jahren rasant: 3D-Drucker werden immer leistungsfähiger, die Qualität der Teile höher, die Herstellkosten niedriger. „Noch vor Kurzem konnten sich nur wenige, große Unternehmen die Geräte leisten“, sagt Dr. Stephan Weiß, Mitbegründer des Bayreuther Unternehmens Hypecask. Heute dagegen sind die Geräte auch für kleine Hersteller und Nutzer bezahlbar und einfach genug zu bedienen. Außerdem steigt die Zahl der geeigneten Werkstoffe und die Materialforschung liefert ständig Nachschub. Vor allem aber wirkt der schnelle Fortschritt bei Erfassung, Speicherung und Übermittlung digitaler Daten wie ein Schmiermittel: Modellierung und Simulation sind heute genauso Standard wie früher die Herstellung einer Gussform.

Besonders häufig werden für die Medizintechnik Kunststoffe gedruckt, denn sie sind flexibel, günstig, leicht schmelzbar und in ihren Eigenschaften ausgesprochen variabel. Hypecask entwickelte einen 3D-Drucker, der nach dem Fused-Deposition-Modeling-Verfahren Fuß- und Beinprothesen herstellt. Dabei wird ein Kunststoffdraht aus PET oder ABS geschmolzen und nach dem Modell des Stumpfes über eine Düse Schicht für Schicht appliziert. Das Besondere des Delta Towers ist ein deutlich höherer Bauraum, sodass sich ganze Beinlängen damit herstellen lassen. Problematisch bei manchen Kunststoffen ist allerdings, dass sie bei erhöhtenTemperaturen unter Belastung weich werden können. „Hier muss die Materialforschung noch Materialien finden, die sich auch bei wärmeren Temperaturen nicht verformen, gut druckbar und kostengünstig sind“, betont Weiß. Entwickelt wurden beispielsweise erste Polymere, denen winzige Fasern beigemischt sind, die sich beim Druckvorgang gezielt ausrichten und dem Bauteil höhere Festigkeit verleihen.

Besonders präzise arbeiten 3D-Drucker mithilfe der Stereolithografie. Dabei wird jede einzelne Schicht aus flüssigem Harz durch UV-Licht direkt im Drucker polymerisiert. Der Vorteil: Die geometrische Auflösung liegt im Mikrometerbereich, die Abmessungen des Objekts sind sehr präzise und die Oberflächengüte ist besonders gut. Über diese Methode lassen sich beispielsweise Hörgeräte und Dentalprothesen schnell und günstig produzieren.

Im Vergleich dazu sind die Erfahrungen mit gedruckten Medizinprodukten aus Metall noch eher dünn gesät. Denn ihre Herstellung ist schwieriger und das Produkt relativ teuer. Aber auch hier lockt vor allem die Aussicht auf maßgeschneiderte Produkte: Ein individuelles Knieimplantat beispielsweise, das nach den CT-Daten eines Patienten gefertigt wird, passt sich dem Gelenk besser an. Bei der OP muss weniger Masse vom natürlichen Knochen entfernt werden. Das erhöht die Chance, dass auch nach zehn bis 15 Jahren noch genug Knochenmasse vorhanden ist, um die Endoprothese zu erneuern – ein Problem, das sich bei Standardprodukten bisher nicht lösen lässt.

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