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Für Prothesen und Roboter

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Biokompatible Materialien im 3D-Druck ermöglichen es, in immer mehr medizinischen Fachbereichen mit der Technologie zu arbeiten. Insbesondere durch die Corona-Pandemie haben sich die Vorteile des 3D-Drucks besonders gezeigt: Nicht nur die Herstellung von Covid-19-Teststäbchen oder das Drucken patientenspezifischer Prothesen ist mittlerweile möglich – auch individualisierte biomolekulare Chips lassen sich in 3D drucken.

Der 3D-Druck hat eine beeindruckende Entwicklung genommen: Inzwischen gilt die Technologie als eine etablierte Größe in der Medizin und darüber hinaus. Insbesondere für die Zukunft der Präzisionsmedizin und die Entwicklung von Medizinprodukten ist der 3D-Druck ein wichtiges Werkzeug. Die fortlaufende Weiterentwicklung innerhalb der Technologie hat sie zugänglicher, vor allem aber vielseitiger gemacht: Von Komponenten für Beatmungssysteme bis hin zu Prothesen und chirurgischen Instrumenten – Mediziner und Techniker für medizinische Produkte nutzen den 3D-Druck, um schnell, sicher und kostengünstig über neue Hilfsmittel zu verfügen, die den Standard der medizinischen Versorgung optimieren.

In der Medizin verwendete 3D-Drucker sind speziell für diesen Einsatz konzipiert: Patientenspezifische Teile können innerhalb eines Tages am „Point of Care“ gedruckt werden und biokompatible Materialien ermöglichen eine schnelle und effektive Forschung und Entwicklung von kleinen Stückzahlen vor Ort – von chirurgischen Planungsmodellen und chirurgischen Schablonen bis hin zu Strahlentherapie- und Schlafapnoe-Geräten.

Auch während der Corona-Pandemie zeigte der 3D-Druck seine Vorteile: Als im März 2020 in den USA der nationale Notstand erklärt wurde, kam es zeitgleich zu einem Zusammenbruch globaler Lieferketten. Mithilfe des 3D-Drucks konnten Unternehmen ihre Produktion umgehend anpassen und dringend benötigte medizinische Teile produzieren. So wurde die Herstellung von über 40 Millionen Covid-19-Teststäbchen ermöglicht oder Komponenten für persönliche Schutzausrüstung (PSA) und Beatmungsgeräte 3D-gedruckt.

Doch auch darüber hinaus findet der 3D-Druck bereits Anwendung in der Medizin. So unterstützt die Technologie Mediziner neuerdings dabei, neue Lösungen für die Behandlung eines Pneumothorax zu entwickeln. Bei einer kollabierten Lunge führen Mediziner einen Katheter ein. Dabei kann es zu einem Knicken und einer Dislokation von Nadeldekompressionskathetern kommen. In diesem Fall entstehen häufig Komplikationen, die für einen Patienten auch tödlich enden können. Ein neues Hilfsmittel ist das so genannte „Tension Square“: Eine Vorrichtung, die eine Nadeldekompression sicher an Ort und Stelle hält und gleichzeitig schädliches Knicken, Falten oder Ablösen verhindert. Durch den Fortschritt im 3D-Druck ist es möglich, das finale Endgerät präzise auf einem 3D-Drucker zu produzieren.

Ein weiterer Anwendungsbereich des 3D-Drucks ist die Prothetik: Moderne 3D-Druck-Methoden ermöglichen Medizintechnikern und Ingenieuren die Realisierung passgenauer Prothesen sowie extreme Kostenersparnisse gegenüber traditionellen Herstellungsmethoden. Denn neben zeitaufwändigen und komplexen Fertigungsprozessen ist die herkömmliche Prothesenherstellung vor allem mit horrenden Kosten verbunden: Beträge für ein konventionell gefertigtes angepasstes Hilfsmittel liegen im vier- bis fünfstelligen Bereich.

Im Bereich der Sportprothetik bietet die 3D-Druck-Technologie das Potenzial, die Leistungsfähigkeit und Qualität künstlicher Gliedmaßen voranzutreiben. Vor allem Leichtigkeit, Form und Federung der Hilfsmittel sind für Sportler relevant. Mithilfe der schnell gedruckten und kostengünstigen Prothesen können Tests und zweckspezifische Änderungen vorgenommen werden.

Insbesondere im Hinblick auf die Optik der Prothesen gewährt der 3D-Druck neue Möglichkeiten: Details wie Hauttöne oder Sommersprossen können authentisch nachgebildet werden und auch Gesichtsprothesen können täuschend echt angefertigt werden. Darüber hinaus ist eine individualisierte Design- und Farbauswahl durch die Nutzer möglich, was zur psychischen Akzeptanz eines solchen Hilfsmittels beitragen kann. So kann eine Prothese je nach Patientenwunsch kaschiert oder betont werden.

DNA-spezifische Gentests und deren Nachweis gehören zu den sich am schnellsten entwickelnden Bereichen in der Medizinforschung. 3D-Drucker spielen dabei eine entscheidende Rolle. Dank ihrer Fähigkeit, individualisierte biomolekulare Chips schnell und zu einem erschwinglichen Preis herzustellen, helfen sie bei der effektiven Umsetzung dieser Innovationen. Pixelbio ist einer der Vorreiter dieses Ansatzes. Das in Heidelberg ansässige Unternehmen ist auf genetische Testung von Einzelmolekülen spezialisiert und hat einen Weg gefunden, den medizinischen und diagnostischen Bereich mit genetischer Forschung mithilfe von 3D-gedruckten molekularen Biochips zu verändern. Durch ihre Anwendung der einzelmolekularen Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung Hulu Fish ist ein einfacher und schneller Nachweis von Genen durch verschiedenfarbig markierte Sonden möglich. Diese zeigen sich in einem 3D-gedruckten molekularen Biochip. Das Produkt ist die branchenweit erste individualisierbare Multiplex-sm-Fish-Lösung und wird mithilfe des Stereolithographie-Verfahrens (SLA) im 3D-Druck hergestellt.

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Aufgrund seiner Eigenschaften – wie einer geringen Opazität – hat sich das Black Resin von Formlabs bei der Erstellung von molekularen Biochips als sehr effektiv erwiesen. Das Resin hat bei der Herstellung überzeugende Ergebnisse geliefert, sodass Pixelbio die 3D-gedruckten Chips nun auch zum direkten Testen neuer Ideen verwendet. Dadurch konnte das Unternehmen Zeit und Kosten sparen sowie eine hohe Anzahl von Tests mit neuen Designs innerhalb weniger Tage durchführen.

Durch den 3D-Druck ist es möglich, eine schnellere Produktion von medizinischen Produkten zu erzielen. Zudem verkürzt sich der Beschaffungsprozess von Hilfsmitteln deutlich. Denn die Herstellung von Medizinprodukten kann beispielsweise direkt im hauseigenen Labor erfolgen, anstatt bei externen Unternehmen in Auftrag gegeben zu werden. Davon profitieren nicht nur Mediziner und Techniker, sondern vor allem die Patienten. Ihnen kann schneller geholfen werden, als es noch vor einigen Jahren der Fall war. Die Zukunft der Medizin liegt daher in einer maßgeschneiderten, patientenindividuellen Versorgung mit agileren und reaktionsschnelleren Lieferketten und der Fähigkeit, Prototypen zu erstellen und Endprodukte noch schneller zu produzieren.

Das Buch "Additive Fertigung" beschreibt Grundlagen und praxisorientierte Methoden für den Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie. Neben erfolgreichen Produktbeispielen werden neue Methoden und Vorgehensweisen vorgestellt, die dem Leser als praktischer Leitfaden dienen.

Weitere Artikel über Auftragsfertigung und Fertigungseinrichtungen finden Sie in unserem Themenkanal Fertigung.

* Stefan Holländer ist Managing Director EMEA bei Formlabs.

Augenprothese aus dem 3D-Drucker in Patienten eingesetzt

Bioprinting – Anwendungsgebiete, Vorteile und Herausforderungen

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