Additive Fertigung: Trends und Entwicklungen bei präziser Herstellung

Präzision trifft bei der additiven Fertigung auf Innovation und verändert die Medizintechnik wie kaum eine andere Technologie. Sie erlaubt die präzise Herstellung hochkomplexer und individueller Produkte und bietet dabei Vorteile, die traditionelle Verfahren wie Fräsen oder Gießen nicht bieten können. Vom individuell angepassten Implantat bis zur ressourcenschonenden Produktion – was vor einigen Jahren unmöglich schien, ist heute Realität.

Während die additive Fertigung bereits eine Vielzahl von Medizintechnikprodukten verbessert hat, gibt es aktuelle Trends, die weitere neue Möglichkeiten eröffnen. Ein bedeutender Trend ist die Integration von 4D-Druck-Technologie, bei der gedruckte Objekte auf Umwelteinflüsse wie Temperatur oder Feuchtigkeit reagieren können. Dies eröffnet die Herstellung adaptiver Implantate, die sich an Veränderungen im Körper anpassen.

Zudem gewinnt die Bioprinting-Technologie an Bedeutung, die es ermöglicht, lebende Zellen in Strukturen zu drucken, was die Herstellung von funktionellem Gewebe in greifbare Nähe rückt. Ein weiterer Ansatz ist die Kombination von additiver Fertigung mit Nanotechnologie, wodurch Implantate mit verbesserten Oberflächeneigenschaften und kontrollierbarer Medikamentenfreisetzung realisiert werden können. Diese Trends zeigen, dass die Entwicklungen bei additiven Fertigungen großes Potenzial haben, die Medizintechnik weiterzubringen.

Neben diesen Trends zeigt sich die Stärke der additiven Fertigung besonders in den Möglichkeiten, Präzision und Individualität zu kombinieren. Implantate und Prothesen können exakt an die anatomischen Anforderungen der Betroffenen angepasst werden. Dies führt zu besserem Komfort und einer höheren Funktionalität. Komplexe Strukturen, wie poröse Oberflächen, fördern beispielsweise das Knochenwachstum und sind durch herkömmliche Verfahren kaum herstellbar.

Darüber hinaus reduziert der schichtweise Aufbau Materialverschwendung und verkürzt Entwicklungs- sowie Produktionszeiten – ein Vorteil sowohl für Herstellende als auch Patientinnen und Patienten.

Um die Vorteile konkreter zu erfassen, lohnt sich ein Blick auf die technischen Grundlagen und Materialien, die diese Technologie ermöglichen. Das zentrale Prinzip der Technologie ist der Schichtaufbau. Auf Basis eines digitalen Designs wird jede Schicht präzise aufgetragen, bis das Bauteil vollständig ist.

Materialvielfalt spielt eine entscheidende Rolle:

• Metalle wie Titan, Edelstahl oder Kobalt-Chrom sind ideal für belastbare und biokompatible Implantate.
• Polymere eignen sich besonders für leichtere Anwendungen wie Prothesen.
• Komposite kombinieren unterschiedliche Materialien, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.

Verschiedene Fertigungstechnologien werden je nach Anwendung eingesetzt:

• Selektives Laserschmelzen (SLM): Schmilzt Metallpulver mittels Laser für hochfeste, detailreiche Bauteile.
• Lithography-based Metal Manufacturing (LMM): Kombiniert lichtempfindliche Materialien und Metallpartikel für filigrane Präzisionsteile.
• Stereolithografie (SLA): Härtet flüssige Harze mit UV-Licht aus, ideal für glatte Oberflächen.

Durch die Digitalisierung gestaltet sich der gesamte Prozess – vom 3D-Scan bis zur Fertigung – effizient. Das minimiert Fehlerquellen und beschleunigt die Marktreife neuer Medizintechnikprodukte.

Trotz der vielfältigen technischen Möglichkeiten bringt die additive Fertigung auch Herausforderungen mit sich. Dazu zählen die Sicherstellung einer konstant hohen Qualität, die Weiterentwicklung biokompatibler Materialien und die Optimierung von Produktionszeiten. Neben der Qualitätssicherung bleibt auch die Einhaltung regulatorischer Vorgaben, wie der MDR (Medical Device Regulation), eine Herausforderung für die additive Fertigung. Herstellende müssen nicht nur höchste Material- und Prozessstandards gewährleisten, sondern auch strenge Vorgaben erfüllen. Zum Beispiel erfordert die Zulassung patientenspezifischer Implantate eine lückenlose Dokumentation jedes Fertigungsschrittes.

Wie die Herausforderungen in der Praxis bewältigt werden und in welchen Lösungen sie bereits umgesetzt sind, zeigen Aussteller auf der COMPAMED. Exemplarisch dazu gibt es zwei Aussteller auf der COMPAMED:

• MetShape GmbH: Dieses Unternehmen hat sich auf die Herstellung metallischer Präzisionsteile mit der LMM-Technologie spezialisiert. Mit dieser Methode fertigt MetShape extrem filigrane und präzise Bauteile, die sich ideal für orthopädische Implantate eignen. Dank biokompatibler Werkstoffe und höchster Detailgenauigkeit erfüllen die Produkte die hohen Anforderungen der Medizintechnik.
• Clariance SpineVision SAS: Die Firma konzentriert sich auf Wirbelsäulenimplantate. Durch additive Fertigung entstehen Implantate mit komplexen Geometrien, die sich optimal in den Wirbelknochen integrieren und hohe Stabilität bieten. Diese Lösungen helfen bei der Behandlung schwerwiegender Wirbelsäulenprobleme und verbessern die Patientenversorgung nachhaltig.

Diese Beispiele verdeutlichen das Potenzial der additiven Fertigung – ein Potenzial, das durch zukünftige Entwicklungen noch weiter ausgebaut werden kann.

Für Fachleute in der Medizintechnik bedeutet dies: Additive Fertigung ist nicht nur eine technologische Option, sondern zunehmend eine Voraussetzung, um auf dem Markt konkurrenzfähig zu bleiben. Die Integration von KI und Automatisierung eröffnet Entwickelnden neue Möglichkeiten, ihre Produkte noch schneller und präziser an die Bedürfnisse anzupassen.

Ein Trend ist die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in den Entwicklungsprozess. KI kann helfen, Implantate und Prothesen schneller zu optimieren, indem sie Designvarianten simuliert und auf spezifische anatomische Anforderungen abstimmt. Dies spart Zeit und reduziert Kosten bei der Entwicklung.

Zudem rückt bei der Herstellung die Nachhaltigkeit verstärkt in den Fokus. Ressourcenschonende Verfahren und der Einsatz von recycelten oder erneuerbaren Materialien werden immer wichtiger, um ökologische Standards zu erfüllen.

Langfristig wird auch die Automatisierung und Skalierung der additiven Fertigung an Bedeutung gewinnen. Die Vision sind vollintegrierte Produktionslinien, die Implantate und Prothesen nahezu autonom und in Echtzeit fertigen können – direkt angepasst an die digitalen Patientendaten.

Diese Entwicklungen machen deutlich: Die additive Fertigung eröffnet für Entwickelnde in der Medizintechnik neue Dimensionen der Individualisierung, die zu besseren Patientenlösungen führen. Wer die neuesten Trends und Anwendungen der additiven Fertigung erleben möchte, findet auf der COMPAMED in Düsseldorf und in der Erlebniswelt MANUFACTURING & DEVICES im COMPAMED-Magazin wegweisende Lösungen.