Vielfältige Produktionslösungen für die Medizintechnik

Innovative Materialien im Nanomaßstab, schnellere Produktionsmethoden und neue Zulieferketten: Als führende Branchenveranstaltung ist die COMPAMED nicht nur die maßgebende Plattform zur Präsentation neuer Produkte und Services, sondern bietet auch Raum für den Gedankenaustausch unter Experten. Speziell in der Produktion für die Medizintechnik stellt sich immer wieder die Frage nach Lebenszyklen und der zukünftigen Verfügbarkeit von Komponenten, zum Beispiel Prozessoren.

Schrauben, die sich von selbst auflösen
Bei vielen Operationen – zum Beispiel nach einem Kreuzbandriss – werden Schrauben benötigt, die bislang aus Titan hergestellt werden. Das Problem: In einer zweiten Operation müssen diese Verbindungselemente wieder entfernt werden. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM, Bremen) hat jetzt eine Alternative entwickelt, die der Körper gut verträgt und die sich mit der Zeit abbaut. Sie besteht aus biokompatiblen Werkstoffen, die mit neuen Fertigungsverfahren wie etwa Mikro- und Pulverspritzgießen verarbeitet werden können. „Wir haben Biomaterialien so verändert, dass man daraus mit einem speziellen Spritzgussverfahren robuste bioaktive und resorbierbare Schrauben formen kann“, erklärt Dr. Philipp Imgrund, Leiter der Abteilung Biomaterial-Technologie am IFAM und ergänzt: „Je nach Zusammensetzung bauen sie sich innerhalb von 24 Monaten ab.“ In der Medizintechnik nutzt man schon abbaubare Schrauben aus Polymilchsäure. Ihr Nachteil: Durch den Abbau können sie Löcher im Knochen hinterlassen. Deshalb haben die IFAM-Forscher das Material verbessert. Sie entwickelten ein spritzgießfähiges Komposit aus Polymilchsäure und Hydroxylapatit, einer Keramik, die Hauptbestandteil des Knochenminerals ist. Darüber hinaus werden inzwischen auch andere Teile aus verschiedenen Werkstoffen im Spritzguss gefertigt wie Herzklappenringe oder Steigbügel (Knochen im Mittelohr). Auch eine Oberflächen-Mikrostrukturierung von Implantaten zur verbesserten Steuerung des Einwachsens ist mit diesem Verfahren möglich.

Einen weiteren Schritt in Richtung individualisierte Medizin geht die Fachhochschule Nordwestschweiz, die an der generativen Verarbeitung von Biomaterialien zur Fertigung patientenspezifischer Implantate arbeitet. Diese sind in ihrer Einzigartigkeit den Gegebenheiten des einzelnen Patienten deutlich besser angepasst als Implantate „von der Stange“. „Die grundsätzliche Vorgehensweise umfasst drei Schritte: Erstellung von CAD-Daten, 3D-Volumen-Modell und eigentlicher Schichtaufbau“, erläuterte im Rahmen des COMPAMED-Frühjahrsforums Ralf Schumacher vom Institut für Medizinal- und Analysetechnologie. Der Aufbau per Laser kann aus ganz verschiedenen Materialien (Metalle, Legierungen, Polymere, Keramiken) erfolgen und erlaubt auch Bauteile mit hoher Komplexität.

Die Jüke Systemtechnik GmbH (Altenberge bei Münster) versteht sich als Dienstleister für Feinmechanik und Elektronik. Derartige Unternehmen gewinnen gerade in der Medizintechnik zunehmend an Bedeutung, weil sich dieser Bereich (im Vergleich z. B. zu Automotive) durch kleine Stückzahlen, hohe Komplexität sowie große Bauteil- und Variantenvielfalt auszeichnet. „Die Hersteller sind einer steigenden Spezialisierung bei Komponenten und Systemen, einem explosionsartig steigenden Dokumentationsaufwand und weiter zunehmenden regulatorischen Anforderungen und Normungen ausgesetzt“, betont Martin Hovestadt, Geschäftsführender Gesellschafter bei Jüke. Der Ausweg angesichts dieser Herausforderungen sind häufig Partnerschaften mit Engineering-Unternehmen oder Systemlieferanten, wie sie in der Automotive-Industrie schon deutlich weiter verbreitet sind. Durch die Auftragsbündelung für mehr als einen Hersteller lässt sich eine günstigere Preisbildung beim Einkauf erreichen, durch spezielle Marktkenntnis lassen sich mehr Standards implementieren. „Verbesserte Standard-EDV-Schnittstellen erleichtern die Kommunikation und Datenaustausch bei derartigen Bündnissen“, so Hovestadt. „Gerade das enge, effektive und sehr vernetzte Zusammenspiel von industriellen Partnern ist ein klarer Standortvorteil in Deutschland“, ergänzt Dr. Uwe Kleinkes, Geschäftsführer des IVAM - Fachverband für Mikrotechnik.

Die dreidimensionale Leiterplatte
Ganz der Systemintegration hat sich auch die Schweizer Harting AG (Biel) verschrieben. Der Geschäftsbereich Mitronics bietet eine vollständige Wertschöpfungskette für 3D-MID Technologien von der Entwicklung bis zur Serienfertigung von kundenspezifischen Produkten. „MID“ steht für Molded Interconnect Devices, „also eine spezielle Form der Leiterplatte, die zudem dreidimensional ausgeführt ist“, erklärt Albert Birkicht, Geschäftsführer der Harting AG. Die räumliche Nutzung von Hochtemperaturthermoplasten und deren strukturierte Metallisierung eröffnet eine neue Dimension von Schaltungsträgern, die enorme technische Rationalisierungspotentiale mit sich bringen und wesentlich umweltverträglicher als herkömmliche Leiterplatten sind. Gearbeitet wird mit dem so genannten 2K-Prozess. Bei diesem Spritzgussverfahren werden nacheinander ein metallisierbarer und ein nicht-metallisierbarer Kunststoff abgespritzt. Dazu steht eine Vielzahl von Kunststoffen zur Verfügung. Anschließend können die Strukturen metallisiert und bestückt werden. 3D-MID erlaubt die Kombination von elektronischen und mechanischen Anforderungen in einem Bauteil, die auch für die Medizintechnik große Vorteile bietet: geringere Gesamtgröße, niedrigere Kosten, höhere Systemintegration und geringere Komplexität.

Auch wenn Elektronik in der Medizintechnik immer wichtiger wird, liegt der globale Bedarf an Halbleitern nach Expertenschätzungen für diesen Sektor bei unter einem Prozent. Auf der anderen Seite gibt es in der Mikroelektronik eine rasante Entwicklung, aber auch für medizintechnische Produkte die Verpflichtung einer langen Verfügbarkeit von teilweise über zehn Jahren. Unter diesen Randbedingungen wird das Materialmanagement solcher Bauteile ein eigenes wichtiges Thema. „Immer mehr an Bedeutung gewinnt das Re-Design, wobei in jedem Fall die Rolle entsprechender Dienstleister zunimmt“, betont beim COMPAMED-Frühjahrsforum Frank Unland von der Lacroix Electronics GmbH (Willich). Die Auslagerung an derartige Unternehmen, die breit in der Produktion von elektronischen Bauteilen, Komponenten und Systemen aufgestellt sind, macht aus mehren Gründen Sinn: Gerade für kleine und mittlere Unternehmen, wie sie typisch sind in der Medizintechnik (zumindest in Deutschland), ist es schwieriger, wettbewerbsfähige Preise zu erzielen. Zudem müssen keine eigenen Entwicklungskapazitäten gebunden werden, die besser das Kerngeschäft betreiben sollten, darüber hinaus hat der Elektronikspezialist einen besseren Überblick über mögliche Alternativen oder einsetzbare Weiterentwicklungen. „Grundsätzlich von Vorteil ist die Auswahl von Halbleitern, die in möglichst vielen verschiedenen Produkten auch außerhalb der Medizintechnik verwendet werden, weil diese sich länger am Markt halten“, so Unland.

Medizintechnik, die einmal erfolgreich etabliert ist, verschwindet nicht einfach – insbesondere wenn Systeme bzw. Geräte bewährt und beliebt sind. Häufig bestehen Nachlieferungsverpflichtungen bis zu zehn Jahren. Das Problem für den Hersteller verschärft sich einerseits dadurch, dass Geräte und Systeme nicht mehr zum alten Preis absetzbar sind und die Stückzahlen zurückgehen, anderseits entsteht weiterer Kostendruck durch neue Geräte von Wettbewerbern. „In der Endphase eines Produktes ist gezieltes Outsourcing häufig ein gangbarer Weg, gelegentlich kann auch ein Re-Engineering helfen, bei dem preisgünstigere Komponenten und Herstellverfahren genutzt werden können“, berichtet Dan Negrea, Technischer Leiter der AEMtec GmbH in Berlin. „Unter dem Strich ist mit dieser Vorgehensweise eine dramatische Kostenreduktion von über 25 Prozent möglich. Als umfassender Dienstleister übernimmt das Berliner Unternehmen je nach Kundenwunsch auch eine sachgerechte Lagerung von Produkten, eine Requalifikation und die damit verbundene Dokumentation.

COMPAMED.de; Quelle: Messe Düsseldorf GmbH