Medtec Live 2021
Heilung aus dem 3D-Drucker
Vorbericht: Die additive Fertigung in der Medizintechnik
Bereits 1980 gab es die ersten Versuche, nicht nur zweidimensional, sondern auch in 3D zu drucken. Damit entstand eine Methode, die heute in vielen Branchen genutzt wird. In der Medizin spielen Verfahren der additiven Fertigung eine große Rolle. Die daraus entstandenen Möglichkeiten verbessern viele Vorgehensweisen: Operationsmodelle, Medizinprodukte und (chirurgische) Instrumente, Prothesen und Orthesen, lebensfähiges Gewebe bis hin zu kompletten Organen – all das kann mithilfe eines Digital Fabricators entstehen. Auf der virtuellen Medtec Live und dem Medtec Summit werden dazu verschiedene Anwendungsgebiete in der Medizintechnik präsentiert.
Werkzeug, Bauteile und Gewebe: Was kann die additive Fertigung?
Der 3D-Druck findet in der Medizintechnik viele Anwendungsbereiche: Besonders dort, wo Werkzeuge ungebunden hergestellt und individualisierte Bauteile angefertigt werden müssen, so Philip Kolb, Kundenbetreuer bei Solidtec. Bereits anhand einer Zeichnung oder 3D-Daten ermöglicht es der Aussteller der Medtec Live, mittels additiver Fertigung Produkte aus Kunststoffen wie zum Beispiel Polymergips oder PA12-Thermoplaste zu generieren. Mithilfe dieser Verfahrensweise können Druckwerke nahezu aller erdenklicher Formen produziert werden.
»Das funktioniert mit dem 3D-Druck sehr gut, weil man kein Werkzeug braucht, um eine Struktur dementsprechend herzustellen, sondern erhält direkt das fertige Bauteil«, so Kolb. Vorteilhaft sei das Verfahren zudem bei Individualanfertigungen, beispielsweise von Prothesen und Orthesen. »Dem sind aber Grenzen gesetzt und gerade bei Produktvalidierungen sind Spritzgussbauteile, die dem gerecht werden, besser geeignet«.
Solidtec füllt die Nische zwischen 3D-Druck und Spritzgusstechnik und ermöglicht damit eine flexible Herstellung von Bauteilen und Ähnlichem. Kolb erläutert: »Bis ein Objekt, zum Beispiel ein Medikamentenapplikator gefertigt werden kann, ist es ein langwieriger Prozess. Gerade für Medizinunternehmen können wir unterstützen, wenn es um Bauteil- oder Medizinproduktenwicklung geht, indem wir gemeinsam mit diesen Firmen die Validierung ihrer Bauteile vornehmen.«
Medizinprodukte direkt herstellen
Florian Reichle ist Gründer und CEO von Trinckle 3D GmbH, ein in Deutschland ansässiges Unternehmen, das ein Softwaresystem für die additive Fertigung entwickelt hat. Mithilfe von Algorithmen automatisiert das System die Konstruktionsabläufe. Reichle sieht das große Potenzial des 3D-Drucks und versucht mit seiner Software die Produktionskosten der Erzeugnisse zu senken: »Unser Anspruch ist es das Konstruieren soweit wie möglich zu automatisieren«.
Das ist vor allem in der Medizintechnik von Relevanz, wo ein individueller Zuschnitt der Produkte einen deutlichen Patienten-Mehrwehrt bringt. Die so virtuell konstruierten Produkte können dann mittels 3D-Druck direkt hergestellt werden. Das Unternehmen optimiert mithilfe von Designautomatisierung die Herstellung von individualisierten Produkten in der additiven Fertigung. Diese Technik sei beispielsweise prädestiniert bei der Anpassung von orthopädischen Hilfsmitteln wie einer Prothese.
Nächster Schritt: Organe aus dem 3D-Drucker
Mithilfe der additiven Fertigung können aber nicht nur Werkzeuge, Bauteile und Geräte hergestellt werden, sondern auch lebendes biologisches Material: Im Moment wird Bioprinting eher für Arzneimittelentwicklung und für Forschungszwecke eingesetzt. »Das heißt, Sie drucken sich kleine physiologische Schnipsel und machen daran dann zum Beispiel Testungen. Oder Sie drucken Krankheitsmodelle und versuchen diese dann zu therapieren«, erklärt Dr. Lutz Kloke, Gründer und CEO von Cellbricks.
Das Unternehmen beschäftigt sich intensiv mit dem Bioprinting. Mit seinem 3D-Printsystem gelingt es ihm durch Stereolithographie sowohl Medikamente als auch lebendes Gewebe nachzubilden. Für den Druck wird nicht nur ein spezieller Biodrucker verwendet, sondern auch bestimmtes Biomaterial als Filament, »die Tinte«. Die entstehenden Produkte könnten anschließend in den menschlichen Körper implantiert werden. Daran wird laut Kloke mit Hochdruck gearbeitet. Mit der Bioprinting-Technik ist es Cellbricks bereits gelungen, humanes Organmaterial wie Leber, Knorpel oder Knochengewebe zu bauen, und aktuell als Pilotprojekte zur Anwendung zu bringen. Auch Mikrogefäße können in diesem Verfahren hergestellt werden.
Die additive Fertigung treibt die individualisierte Medizin voran, Einzelstücke lassen sich am Computer planen und dann auf den Millimeter genau vom Printsystem erstellen. Ein prominentes Forschungsgebiet in Verbindung mit der additiven Fertigung ist die Osteologie. Die Herstellung von knochenähnlichem Gewebe ermöglicht einen Eingriff in die Anatomie und Pathologie des menschlichen Körpers, um neue Therapien zu entwickeln oder Krankheiten zu untersuchen. Für die additive Fertigung von Knochengewebe können Zellen aus dem Periost, der Knochenhaut, als Zellquelle verwendet werden.
Grenzen des 3D-Drucks in der Medizin
»Die Medizintechnik profitiert von der Entwicklung des 3D-Drucks«, sagt Christopher Boss, Leiter Medtec Live bei der Nürnberg Messe. Er vereinfache nicht nur die Herstellung von Geräten, Ausrüstungen und Werkzeugen, sondern könne mithilfe von Prothesen oder Orthesen die Lebensqualität steigern oder sogar Leben retten.
Es gibt aber auch Grenzen: »Es gibt Materialien, die müssen autoklavierbar sein. Das heißt, diese werden unter hohem Druck und hoher Temperatur keimfrei gemacht«, so Kalb. Das machen nicht alle Materialien mit, deshalb sei hier dann die Spritzgusstechnik besser geeignet. Der 3D-Druck ist super, aber nicht das Allheilmittel.
Dennoch können die additive Fertigung und die weiteren Forschungen dazu zukünftig der Medizin viele Vorteile bringen und Arbeitsschritte vereinfachen. »Was heute noch Innovation ist, könnte in ein paar Jahren bereits der Standard sein«, so Boss. Kloke ergänzt: »Es wird total normal sein, anstelle von Schweineherzen oder anderen tierischen Ersatzorganen gedrucktes Organmaterial zu verwenden und zu implantieren«.
Dabei überwiegen die Vorteile schon heute und diese werden in Zukunft laut Reichle noch stärker sein. »Mit der additiven Fertigung hält die Medizin ein Tool für effizienteres und präziseres Vorgehen in den Händen, das noch viele Perspektiven bietet«, erklärt Boss. Die neusten Entwicklungen, auch zu diesem Themenfeld diskutieren Experten in der Session Digital Processes and Smart Manufacturing am 21. April bei der virtuellen Medtec Live und Summit. Verschiedene Table Talks am Nachmittag bieten zudem einen praxisorientierten Einblick in das Thema AM in der Medizintechnik.
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