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Schnell, schneller, additiv – Entwicklung eines passgenauen Schädelimplantats

| Redakteur: Kathrin Schäfer

Die Aufgabe: die Entwicklung eines passgenauen Schädelimplantats, das wärmeleitfähig und durchlässig für Flüssigkeiten ist. Mit Titan gar nicht so einfach. Mit additiver Fertigungstechnologie dennoch kein Problem.

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Schädelimplantat aus Titan: Die Porosität des Implantats beträgt 95 Prozent, sodass Flüssigkeiten mit wenig Widerstand abfließen und das Knochengewebe mit den Außenrändern verwachsen kann.
Schädelimplantat aus Titan: Die Porosität des Implantats beträgt 95 Prozent, sodass Flüssigkeiten mit wenig Widerstand abfließen und das Knochengewebe mit den Außenrändern verwachsen kann.
( Bild: Eos )

Ein Patient in Argentinien benötigt nach einer Schlaganfalloperation ein besonders großes Schädelimplantat: Dieses gilt es passgenau und verträglich zu gestalten. Biologische Funktionen müssen integriert werden. Mit der Entwicklung des Implantats beauftragt wird die Firma Novax DMA. Die Fertigung übernimmt der 3D-Druck-Dienstleister Alphaform – auf einem Laser-Sinter-System von Eos.

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Priorität hat die Passform

Bei Implantaten im Schädel-Hirn-Bereich steht die Passform an oberster Stelle – und ist beinahe schon ein Klassiker für Anwendungsfälle aus dem Bereich der additiven Fertigung: Die schichtweise Fertigung über einen Laser, der das Material – in diesem Fall Titan – Stück für Stück aushärtet, macht individuelle Formen und Größen möglich. Passgenauigkeit ist jedoch nicht das einzige, was die Ärzte von den Medizintechnikexperten von Novax DMA und Alphaform verlangen. Weil die Knochenlücke so groß ist, müssen biologische Funktionen in das Implantat integriert werden. Außerdem darf es möglichst wenig Wärme an das Gehirngewebe abgeben.

Kein einfacher Werkstoff

Zwar ist Titan für den menschlichen Körper sehr verträglich. Weil es sich dennoch um Metall handelt, besteht bei starker Sonnenexposition jedoch die Gefahr, dass zu viel Wärme ins Körperinnere des Patienten gelangt. Zudem sind Titanstrukturen zunächst einmal nicht durchlässig für Gewebeflüssigkeit aus dem Gehirn.

Auch Folgeprozesse nach der eigentlichen Herstellung haben die Mediziner ins Lastenheft für das Implantat diktiert. Denn erst die perfekte Nachbehandlung – und hier insbesondere die Reinigung – ermöglicht den Einsatz im medizinischen Bereich. Sie ist wichtig, da anhaftende Partikel sich durch kleine Bewegungen vom Körper lösen und Infektionen oder Abstoßungsprozesse auslösen könnten. Zudem ist die absolute Keimfreiheit ein zentrales Kriterium für eine erfolgreiche Aufnahme des Implantats durch den Körper.

Porosität als Lösung

Die Antwort auf die Summe all dieser komplexen Herausforderungen ist eine poröse Struktur des Implantats. Denn ein gitterförmiges Implantat mit integrierten Anschraublaschen hin zum Schädelknochen wäre in der Lage, sowohl Flüssigkeiten durchzulassen als auch mit dem Schädel gut zu verwachsen. Darüber hinaus hätte ein solches Design eine isolierende Wirkung, sodass die Wärmeableitung ins Schädelinnere minimiert wird.

Gedacht, getan: Nachdem die grundlegende Struktur gewählt ist, gehen die Medizintechnikspezialisten in die Umsetzung über. Die Poren selbst sind etwa 1 mm groß, die Stegbreite beträgt etwa 0,2 mm.

Der Faktor Zeit

Daniel Fiz, CEO von Novax DMA, erinnert sich: „Zeit spielt in diesem Umfeld eine wichtige Rolle. Immerhin sollen Patienten ihr Implantat möglichst schnell erhalten. Nachdem wir die Informationen über die Dimensionierung erhalten hatten, begannen wir daher unmittelbar mit den Konstruktionsarbeiten.“

Beim 3D-Design des Implantats kommt die Software der Firma Within zum Einsatz. „Mit ihr ließen sich nicht nur die Grundform, sondern auch die poröse Struktur schnell definieren“, erklärt Kaveh Mahdavi, Business Development bei Within Ltd. Sobald die CAD-Arbeiten beendet sind, übernimmt Alphaform die Herstellung des Implantats. Zum Einsatz kommt hierbei eine Eosint M 280 von Eos.

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