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Medizin

Die 3D-Drucktechnologie hat sich in den vergangenen Jahren rasant entwickelt und viele Bereiche der Produktion und Fertigung sind durch diesen Fortschritt kostengünstiger und schneller geworden. Günstige 3D-Drucker sind schon für einige hundert Euro zu haben und werden auch dieses Jahr sicherlich wieder oft verschenkt werden. Neben Spielereien, 3D-Modellen oder individuellen Ersatzteilen im privaten Bereich sowie der industriellen Fertigung, ist 3D-Druck aber vor allem auch für die Medizin besonders interessant. Von der Herstellung von Implantaten, Zahnersatz und Prothesen soll es in geraumer Zeit bis zum Drucken kompletter Organe führen. Wie ist der derzeitige Stand der Technik?

Perfekt angepasste Prothesen und Implantate

Bereits heute werden medizinische Hilfsmittel, etwa Implantate oder Prothesen im 3D-Druckverfahren hergestellt. Somit ist es möglich, sie unkompliziert passgenau auf die Bedürfnisse des Patienten zugeschnitten sind. Somit lasen sich Fehlfunktionen des menschlichen Körpers mittels der 3D-Drucktechnik kostengünstig ausgleichen. In den meisten Fällen wird dabei die additive Fertigung angewendet, die Hilfsmittel werden dabei mit diversen künstlichen Materialien, vorwiegend Kunststoffen hergestellt. Ein nächster Schritt der Medizintechniker zielt darauf ab, ein Verfahren zu entwickeln, in welchem implantierbare Organe sich in per 3D-Drucker herstellen lassen. Als Ausgangsmaterial sollen dafür menschliche Stammzellen verwendet werden. Dies ist als sogenanntes Bioprinting bezeichnet, befindet sich derzeit allerdings noch in einem sehr frühen Stadium. Dennoch ist es möglich, dass in absehbarer Zeit der Bedarf an Spenderorganen alleine durch Bioprinting gedeckt werden kann.

Unterschiede in der Art des 3D-Drucks

Hand aus 3D-DruckerEinige führende Unternehmen auf dem internationalen Markt für medizinische 3D-Druckprodukte sind 3T RPD LTD., Arcam AB, 3D-Systems Corporation, Concept Laser GmbH, Condor MedTec GmbH, Envision Tec GmbH oder Stratsys LTD.. Allgemein unterteilt man den Markt der medizinischen 3D-Druckgeräte in folgende Kategorien ein:

  • Laserstrahlschmelztechnologie (LBM)
    Bei diesem Verfahren werden Edelmetalle wie Aluminium oder Titan schichtweise aufgebaut. Dabei wird es mittels eines Lasers vollständig aufgeschmolzen, in Form und anschließend zum Erstarren gebracht. LBM ermöglicht sehr flexible gestalterische Freiheiten zu, sodass sich auch sehr komplexe Geometrien und Strukturen erstellen lassen.
  • Photo Polymerisation
    In diesem Segment erwarten Experten den am größten wachsenden Marktanteil der kommenden Jahre. Einsatzgebiete der Photo Polymerisation finden sich in diversen Bereichen des Gesundheitswesens, etwa Herstellung chirurgischer Führungen, porösen Gerüsten, Prothesen oder Zahnimplantaten.
  • Fused Deposition Modeling (FDM)
    Wenn Modelle mit hoher Beanspruchung gefertigt werden müssen, kommt oft das FDM Verfahren zum Einsatz. Man kann diese Form des §D-Drucks als Schmelzschichtungsverfahren bezeichnen, das Modell wird schichtweise aus einem schmelzfähigem Kunststoff aufgebaut.
  • Dreidimensionales Drucken (3DP)
    Beim dreidimensionalen Drucken wird das 3D-Modell mit einem ein gipsartigen Pulver hergestellt. Mithilfe eines Bindemittels wird die jeweils nächste Schicht mit der vorherigen verbunden. Auf diese Weise lassen sich sehr komplexe 3D-Modelle fertigen.
  • Elektronenstrahlschmelztechnologie (EBM)
    Mit diesem verfahren lassen sich vornehmlich metallische Bauteile herstellen. Es ist eng mit der Laserstrahlschmelztechnologie verwandt. Der EBM-Prozess erlaubt zudem eine besonders hohe Gefügedichte von nahezu 100 %.

Bioprinting und Co.: Die Zukunft des 3D-Drucks

Eines der ersten Einsatzbereiche des medizinischen 3D-Drucks war es vor etwa 15 Jahren künstliche Schädelknochen zu Drucken um diese genau an die Beschädigung anpassen zu können. Mittlerweile hat sich 3D-Druck im Bereich Zahnersatz und Prothesen wie bereits erwähnt längst etabliert. Nun geht es den Medizintechnikern um die Erweiterung der technischen Möglichkeiten. Für viele andere Anwendungen ist die Technik sehr vielversprechend und wird sich sicherlich in weiteren Bereichen etablieren. Welche das genau sind, bleibt zunächst einmal abzuwarten.

Aktuell Arbeiten Forscher beispielsweise an der Entwicklung neuer Werkstoffe, beispielsweise resorbierende, sich selbst im Körper auflösende Stoffe. Diese können einen entscheidenden Vorteil für Patienten bedeuten, denen beispielsweise eine Platte zur Stabilisierung von Brüchen implantiert bekommen. Heute müssen diese meist in einer zweiten Operation wieder aus dem Körper entfernt werden. Wenn sich die Platten und Schrauben selber auflösen würden, könnte diese zweite Operation umgangen werden. In absehbarer Zeit, so sind viele Experten einig, könnte Bioprinting schließlich völlig neue Möglichkeiten eröffnen. Denkbar wäre es schon jetzt, winzige Blutgefäße im 3D-Druck zu formen. Ziel der Forschung ist e letztlich komplex gebaute Organe mit unterschiedlich ausdifferenzierten Zellen zu erzeugen. Auf absehbare Zeit wird Amerika wohl der größte Wachstumsmarkt für medizinischen 3D-Druck bleiben, dicht gefolgt von Europa. In Zukunft werden die Kosten jedoch immer weiter sinken, sodass letztlich ein globaler Markt für entsprechende Produkte entsteht.

Quellenverzeichnis:
https://www.protiq.com/3d-druck/anwendungsgebiete/medizintechnik/
https://fipoblog.de/2019/11/was-ist-am-markt-fur-3d-druck-medizinprodukte-so-angesagt-dass-alle-verruckt-danach-wurden-3t-rpd-ltd-arcam-ab-3d-systems-corporation-envision-tec-gmbh/
https://medizin-und-technik.industrie.de/medizintechnik-studium/faszination-medizintechnik/was-der-3d-druck-in-der-medizin-ausrichten-kann/

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