Additive Fertigung

3D-Druck mit Polyetheretherketon (PEEK)

12. März 2020, 9:05 Uhr | medical design
PEEK-Filament
PEEK-Filament für den 3D-Druck
© Evonik

3D-gedruckte Implantate aus PEEK

Aktualisiert: 23. November 2020, 12:09 Uhr

Eigenschaften Polyetheretherketon (PEEK)

Polyetheretherketon (PEEK) ist ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Hochleistungskunststoff und gehört zur Stoffgruppe der Polyaryletherketone (PEAK). Aufgrund seines hohen Schmelzpunktes wurde es bis vor kurzem nur beim 3D-Druckverfahren SLS (Selektives Lasersintern) verwendet.

2018 entwickelte Evonik das erste PEEK-Filament für den handelsüblichen FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling). Wegen seiner Eigenschaften, zum Beispiel Resistenz gegen viele chemische Stoffe und bis zu 70% leichter als Metalle bei gleichen thermischen und mechanischen Eigenschaften, wird PEEK bevorzugt in der Medizin für dem 3D-Druck von Schädel, Gesichts- sowie Wirbelsäulenimplantate, eingesetzt. Die Drucktemperatur liegt bei 360 bis 380 °C, deswegen ist PEEK nicht mit jedem 3D-Drucker verwendbar.

Chemischer Aufbau

Polyaryletherketone (PEAK) enthalten in der Polymerkette Ether und Ketongruppen sowie 1,4 Phenyleinheiten. Die Bezeichnung erfolgt entsprechend der Zahl und Anordnung der verschiedenen Gruppen. So bilden zwei Ether- und eine Ketongruppe eine Polyetheretherketon (PEEK).

Materialvorzüge & Eigenschaften

  • biokompatibel, biostabil und röntgentransparent
  • thermisch hochbelastbar und damit leicht zu sterilisieren (Schemlztemperatur: 335 °C)
  • Sehr leicht aufgrund niedriger Dichte (Wertebereich 1,51 – 1,63 g/cm³)
  • Resistent gegenüber nichtoxidierenden Säuren, Laugen, Öle und Fette
  • Guter Isolator bei extremen Außentemperaturen (Wärmeleitfähigkeit: 0,29 W/mK)    

Handelsnamen

3D-Druck mit PEEK

Drucktechnologien

Selektives Lasersintern

Selektives Lasersintern (Selective Laser Sintering, SLS) ist eine additive Herstellungsmethode, bei der mithilfe eines Lasers pulverförmiges Kunststoffmaterial auf Basis eines 3D-Modells in eine feste Struktur gesintert wird.

FDM-Verfahren

Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein auf Filament basierendes additives Herstellungsverfahren, bei dem ein temperaturgesteuerter Kopf eine thermoplastische Materialschicht auf eine Bauplattform aufbringt.

Prozessablauf 3D-gedruckte PEEK-Implantate

Der erste Schritt 3D-gedruckte und patientenspezifische PEEK-Implantate herzustellen, beginnt mit der Anfertigung detailreicher und teilweise dreidimensionaler Bilder, zum Beispiel mittels Computertomografie (CT) oder Magnetresonanztomografie (MRT).

Anschließend erfolgt die Segmentierung, bei der die erzeugten Bilder in relevante und nicht relevante Regionen unterteilt werden. Bei der darauffolgenden virtuellen Operationsplanung können nun die segmentierten Modelle des Patienten virtuell in allen drei Raumachsen bewegt und bearbeitet werden. Bevor die Bilddaten vom 3D-Drucker ausgelesen und gedruckt werden können, ist ein letzter Schritt der Datenverarbeitung notwendig. Ein Programm schneidet das 3D-Objekt in viele horizontale Scheiben und legt damit den Weg fest, den der Druckkopf abfahren muss.
Im Anschluss an die Nachbearbeitung erfolgt eine Qualitätskontrolle. Es wird sichergestellt, dass das Material keinerlei Einschlüsse aufweist und das Modell fehlerfrei gedruckt wurde bevor es für die Operation sterilisiert wird.

Quellen
[1] E. Bauer: Saechtling Kunststoff Taschenbuch. Carl Hanser Verlag, München 2013

[2] https://medical.vestakeep.com/product/medical/de/implantate/

[3] https://www.protolabs.de/services/3d-druck/selektives-lasersintern/

[4] https://www.materialise.com/de/manufacturing/3d-druck-technologien/fused-deposition-modeling

[5] https://apiumtec.com/prozessablauf-fuer-3d-gedruckte-patientenspezifische-medizinprodukte

 

 


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