Patientenindividuelle Lösungen aus dem 3D-Drucker

Mit aufwendigen 3D-Drucken können individualisierte Einzelteile für medizintechnische Zwecke gefertigt werden. Robin Day, Abteilungsleiter Energetische Strahlverfahren am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, schildert im Gespräch mit COMPAMED.de, wie Unternehmen durch Beratung und Service unterstützt werden.

Wie können Sie Unternehmen der Medizintechnik helfen?

Robin Day: Wir leisten technischen Support, bieten aber auch eine generelle Beratung an. Anfragen zielen meist auf die Herstellung von Bauteilen, die sehr komplex sind und teuer in der Herstellung. Vor einer Beratung prüfen wir die Rahmenbedingungen: Wie aufwendig ist die Herstellung? Bei komplexen Bauteilen aus vielen Einzelteilen und dem Einsatz von Schweiß- und Lötverfahren kann sich additive Fertigung lohnen.

Auch schwer zerspanbare Werkstoffe mit Nickelbasislegierungen oder einer Titanlegierung sind so einfacher als durch Fräsen herzustellen, erst recht bei großem Zerspanvolumen.

Wir beschäftigen uns fast ausschließlich mit Prototypen. Wir beraten aber in der Frage, ob 3D-Druck durch Anschaffung eines Druckers in die eigene Produktion integriert werden soll, oder ob es sinnvoller ist, einen Dienstleister zu beauftragen.

Welche Rolle spielt die Medizintechnik bei Ihren Beratungen?

Day: Konstruktionen sind nur selten auf Anhieb perfekt. In den Bereichen Medizin und Biotechnologie ist es schwierig, einen Prozess zu verändern, wenn damit vorangegangene Studien nicht mehr gültig sind. Bevorzugt wird ein zertifizierter, geschlossener Prozess, den man nicht mehr ändern muss.

Unser Anliegen ist deshalb, früh an der Planung beteiligt zu werden und schon die in vitro Tests mitzugestalten. Im Gegensatz zu anderen Branchen arbeiten wir hier nicht mit anderen Ingenieuren zusammen, sondern mit Ärztinnen und Ärzten sowie Fachleuten der Biotechnologie. Das erfordert Anpassungen auf beiden Seiten.

Wo liegen die Potenziale der additiven Fertigung in der Medizin?

Day: Das größte Potenzial liegt in individuellen Lösungen für Patientinnen und Patienten. Beispiele sind Zahnimplantate oder Kniegelenke, die nach einem CT-Scan reproduziert und wieder eingesetzt werden können.

Komplexer sind Mittelgesichtsfrakturen, bei denen der strukturgebende Teil eines Gesichts ersetzt werden muss. Ästhetik spielt hier eine wichtige Rolle und die Gestaltungsfreiheit bei der Anpassung individueller Lösungen.

Große Entwicklungschancen sehe ich in der Bio-Medizin. Bei Dialysepatienten werden vereinfacht gesagt Bestandteile des Blutes sortiert und entnommen. Wir können Bauteile herstellen mit komplexen Überströmkanälen, über die wir den gleichen Prozess gestalten, wie mit einer Zentrifuge. Produktionstechnisch eröffnet das neue Dimensionen.

Wo liegen die größten Hürden für den Einsatz der additiven Fertigung?

Day: Wir haben hohe Kosten in der Fertigung, Automatisierung spielt da eine wichtige Rolle und die Frage, wie KI oder maschinelles Lernen diese Entwicklung unterstützen können.

Bei Zertifizierungsprozessen wäre es vorteilhaft, wenn Anwendungsbereiche in Klassen zusammengefasst werden würden, zum Beispiel für Gelenkimplantate oder für Wirbelsäulenimplantate. 

Welche Anwendungen der additiven Fertigung könnten künftig eine wichtige Rolle spielen?

Day: Für mich ist das nächste Thema biologische Implantate. Sie entstehen aus eigenen Zellkulturen und werden dem Spender wieder eingesetzt. Durch die Automatisierung repetitiver Aufgaben kann man einen Muskel oder ein Stück Knochen wachsen lassen, also zum Beispiel einen Fingerknochen.

Wenn wir Produktionstechnologien wie Biotechnologie und klassische Produktionstechniken zusammenfügen, können wir mit 3D gedruckten Kernen eine Grundstruktur bilden, entlang der Muskelzellen an einer mit Nährstoffen behafteten Oberfläche wachsen.

Mit der Freiform Möglichkeit eines 3D-Drucks können wir einen Finger in der ursprünglichen Form wiederherstellen. Die heutige Methode dagegen besteht darin, zum Beispiel eine Rippe zu entnehmen und solange Material zu entfernen, bis die Form stimmt.