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23.10.2014 | Konstruktion + Entwicklung | Im Fokus | Onlineartikel

3D-Druck beflügelt Prothesenherstellung

Autor:
Dieter Beste

Passgenaue Prothesen und Orthesen zu niedrigen Preisen: Generative Fertigungsverfahren eröffnen der Medizin- und Orthopädietechnik ungeahnte Möglichkeiten.

Für die Medizintechnik wird 3D-Druck immer bedeutsamer. So sei zum Beispiel Operationsbesteck, das häufig aus dem Metall Titan mit 3D-Druckern hergestellt wird, mittlerweile überall in der Anwendung, schreibt Petra Fastermann in „3D-Druck/Rapid Prototyping“ auf Seite 103. Und die Springer-Autorin prognostiziert: „Die bahnbrechendsten Entwicklungen wird es jedoch in der Zukunft geben, wenn es darum geht, ‚Ersatzteile‘ für den menschlichen Körper herzustellen.“

Gerade sonst schwierig zu produzierende Formen können inzwischen im 3D-Druck-Verfahren ebenso problemlos wie auch präzise hergestellt werden. Unter anderem arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart daran, günstige Druckmethoden etwa für die Herstellung von Prothesen zu entwickeln. Jannis Breuninger von der Abteilung Biomechatronische Systeme sieht im Fused Deposition Modeling (FDM) enormes Potenzial für die Orthopädiebranche. Beim FDM-Druck wird das Druckmaterial mit einer frei beweglichen Heizdüse lokal geschmolzen und schichtweise aufgetragen. Da die Maße des Patienten in eine CAD-Software eingegeben werden, entsteht ein eigens auf ihn angepasstes Produkt. „Durch den FDM-Druck ist Individualisierung nicht länger mit hohen Kosten verbunden“, erklärt Breuninger.

Druckverfahren und Geometrie optimiert

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Um mit dem FDM-Verfahren optimierte Prothesen und Orthesen herzustellen, müssen Drucker und Endprodukt genauestens aufeinander abgestimmt werden. In Kooperation mit der Firma HypeCask haben die IPA-Wissenschaftler einen speziell an das Druckverfahren angepassten Prothesenfuß entwickelt. Gleichzeitig bestimmten sie für den verwendeten 3D-Drucker „Delta Tower“ geeignete Druckparameter, wie Materialstärke und Schmelztemperatur. Da der Prothesenfuß hohen mechanischen Belastungen standhalten muss, ist zudem die geometrische Form ausschlaggebend. „Normalerweise werden beim FDM-Druck Stützstrukturen benötigt. Um Zeit und Kosten zu sparen, haben wir eine Geometrie entwickelt, die auch ohne diesen Zusatz auskommt“, erläutert Breuninger.

Der FDM-Druck findet in der Medizintechnik bislang kaum Verwendung. Meist basieren 3D-Drucktechnologien im Bereich der Implantate auf Metallschmelzverfahren wie beispielsweise dem Selektiven Laserschmelzen (SLM). Ziel der Arbeiten am Fraunhofer IPA ist es, den FDM-Herstellungsprozess so weit zu optimieren, dass er in der Orthopädie anerkannt und eingesetzt werden kann.

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