Designfreiheit trifft Effizienz: 3D fab+print Additive Manufacturing Seminar

Prothesen, Implantate und chirurgische Werkzeuge sollen schnell herstellbar und perfekt auf den Patienten zugeschnitten sein, kommen in der Realität aber häufig von der Stange. Aber welche Herstellungsverfahren sind dazu geeignet, die hohen Anforderungen - auch an Größe und Komplexität der Produkte - zu erfüllen? Liefert 3D-Druck eine nachhaltige Lösung? Dies ist eine der zentralen Fragen, die beim 3D fab+print Additive Manufacturing Seminar auf der COMPAMED 2017 behandelt werden sollen.

Einer der Referenten wird Dr. Daniel Bomze sein, der in seinem Vortrag insbesondere auf den Werkstoff Keramik als Material für 3D-gedruckte Implantate und Prothesen eingehen wird. Im Interview mit COMPAMED.de erläutert er außerdem, warum 3D-Druck ein geeignetes Verfahren für die Herstellung von medizintechnischen Produkten darstellt.

Herr Dr. Bomze, welche Vorteile birgt 3D-Druck bei der Herstellung von Prothesen, Implantaten und chirurgischen Instrumenten, vor allem im Vergleich zu anderen Verfahren?

Dr. Daniel Bomze: Der größte Vorteil ist die Designfreiheit. Im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren, zum Beispiel Spritzguss oder Fräsen, sind damit hochkomplexe Geometrien mit Überhängen und Hinterschneidungen möglich. Außerdem ist die Produktion von Teilen mit sehr kleinen Merkmalen wie Kanälen oder durchgängigen Poren mit hoher Detailtreue umsetzbar. Gleichzeitig kann die Oberfläche an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Durch geeignete Wahl des Materials und des 3D-Modells können spezielle Oberflächeneigenschaften erzielt werden. Beim Kontakt mit Blut möchte ich zum Beispiel, dass möglichst keine Gerinnung stattfindet. Dabei hilft mir eine sehr glatte Oberfläche und ein bioinertes Material, das nicht mit dem Gewebe reagiert. Wenn demgegenüber Zellen in ein Implantat einwachsen sollen, muss eine möglichst hohe Interaktion mit den Zellen erreicht werden. In dem Fall kann ich durch 3D-Druck eine texturierte Oberfläche erlangen. Besonders unsere Technologie bietet hier eine sehr hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Ich kann auf diese Weise Implantate, Werkzeuge, Schneidschablonen und dergleichen vor einer Operation digital genau an den Patienten anpassen und damit wichtige Zeit im Operationssaal sparen sowie eine optimale Passform der Produkte garantieren.

3D-Druck kann außerdem schon bei geringer Stückzahl ein sehr kosteneffizientes Verfahren sein. Beim Spritzguss dagegen kostet eine Form zwischen zwanzigtausend und hundertfünfzigtausend Euro. Damit sich die Herstellung lohnt, müssen daher damit sehr viele Implantate hergestellt werden. Beim 3D-Druck kann man bereits ein einziges Stück effizient herstellen, aber theoretisch auch in Massenproduktion gehen. Auch hohe Komplexität erhöht die Kosten nicht. Anders wiederum beim Spritzguss. Dort gilt: je komplizierter die Form, desto teurer wird auch mein Spritzgusswerkzeug.

Was macht gerade Keramik zu einem geeigneten Material für Implantate und Werkzeuge aus dem 3D-Drucker?

Bomze: Es gibt Keramiken mit unterschiedlichen Eigenschaften. Ich kann mir aussuchen, ob ich eine bioinerte Keramik wie die klassischen Hochleistungskeramiken Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, und Siliciumnitrid einsetzen will oder ein bioresorbierbares Material. Zu letzterem gehören Materialien, die sich während des Heilungsprozesses im Körper auflösen, vergleichbar mit den selbstauflösenden Fäden, die man schon seit Jahrzehnten aus der Chirurgie kennt. Im Bereich der Keramik wäre das zum Beispiel das Material Tricalciumphosphat. Im Idealfall bauen die Zellen, während sie in das Implantat einwachsen, es gleichzeitig ab. Nach dem Heilungsprozess ist dann nur noch normales Körpergewebe vorhanden und kein störender Fremdkörper mehr. Des Weiteren ist bioinerte Keramik korrosionsbeständig, weist eine hohe mechanische Festigkeit auf und hat eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit.

Gibt es noch spezielle Herausforderungen, was das Material angeht? 

Bomze: Die Festigkeit von resorbierbarer Keramik ist noch nicht so hoch, wie wir sie uns wünschen würden. Das ist eine inhärente Materialeigenschaft, das heißt, die Materialien sind nicht so mechanisch belastbar wie herkömmliche Hochleistungskeramik. Durch Mischungen und Neuentwicklungen kann noch eine Steigerung erreicht werden.

Sie nehmen als Referent am 3D fab+print Additive Manufacturing Seminar auf der COMPAMED 2017 teil. Was genau versprechen Sie sich davon? 

Bomze: Für uns ist es immer wichtig, potenziellen Kunden zu zeigen, welche Möglichkeiten unsere Technologie bietet. Man kann damit speziell im Medizinbereich neue Anwendungen erschließen, die bisher noch nicht oder nicht in dieser Qualität möglich waren. Wir möchten natürlich auch mit den entsprechenden Entscheidungsträgern, Ingenieuren und Technikern in Verbindung treten und sie davon überzeugen, dass unsere Technologie für viele Anwendungen, die bisher noch nicht optimal funktionieren eine potenzielle Lösung darstellt. Schließlich hoffen wir natürlich, dass wir eine Reihe von interessierten Personen und Firmen für unser Verfahren begeistern können.