3D-Druck eröffnet neue Wege in der Medizintechnik

Aufgrund ständiger Weiterentwicklungen bei Verfahren und Werkstoffen eröffnet sich der Additiven Fertigung zunehmend der Weg in die Medizin. Einen prominenten Platz nimmt dabei die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ein. Interessante Ansätze finden sich hier, neben speziell angepassten medizinischen Werkzeugen, vor allem bei Prothesen und Implantaten.

In der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie spielen individuelle Implantate eine besondere Rolle. So kann im Bereich der dentalen Medizin durch die Additive Fertigung zum Beispiel Zahnersatz für die Patienten maßgeschneidert werden. Entscheidend dabei ist jedoch die Wahl des Materials, aus dem die Implantate bestehen sollen - und damit auch die Wahl des geeigneten Verfahrens.

Eines der Materialien, das seit längerem für Implantate und im Bereich der Dentaltechnik verwendet wird, ist das Hochleistungspolymer Polyetheretherketon (PEEK). Ein Polymer, das sich aufgrund seiner chemischen Stabilität, Biokompatibilität und Toleranz gegenüber Gammastrahlung sowie der hervorragenden Verschleißbeständigkeit als medizinisch einsetzbares Material qualifiziert. Zu den sehr guten mechanischen Eigenschaften - PEEK besitzt eine Reißfestigkeit von 98 MPa - kommt sehr niedriges spezifisches Gewicht von 1,30 g/cm³. Im zahnmedizinischen Kontext zeichnet sich das Material auch durch eine geringe Plaqueanlagerung aus, eine wünschenswerte Eigenschaft bei Zahnersatz.

Ein 3D-Druckverfahren, das den Anforderungen bezüglich individueller Teile entspricht, dabei äußerst materialsparend arbeitet und das Hochleistungspolymer PEEK verarbeiten kann, wird durch das Fused Filament Fabrication (FFF) Verfahren realisiert. Hierbei wird das Material in Filamentform, einer Art Kunststoffstrang, durch den Druckkopf unter Einsatz hoher Temperaturen von bis zu 500 °C geschmolzen und in verschiedenen Schichten zum gewünschten Bauteil aufgetragen. Entscheidend für die Bauteilqualität ist der kontrollierte Erstarrungsvorgang des teilkristallinen Kunststoffes. Ein Drucker, der die Voraussetzungen erfüllt, ist der Apium P155 der Apium Additive Technologies GmbH.

Bislang ist dieser Drucker ausschließlich für industrielle Anwendungen konzipiert. Eine Kooperationen von Apium mit der Charité Berlin und Evonik soll jetzt aber den Medizineinsatz ermöglichen. Ziel dieser Kooperation ist die Durchführung einer Studie zur Ermittlung der Druckleistung im Dentalbereich von zugelassenen PEEK Compounds. Im Mittelpunkt der Studie steht ein Apium P155 3D-Drucker mit FFF 3D-Drucktechnologie. Durch diese Studie soll der erste Schritt gemacht werden, einen 3D-Drucker für den medizinischen Einsatz in der Dentaltechnik zu entwickeln.

Neben einer Kooperation zur Erforschung der Möglichkeiten, die ein auf der FFF-Technologie basierender 3D-Drucker für medizinische Zwecke bietet, steht für die Apium Additive Technologies GmbH auch die Entwicklung neuer Filamente für den Einsatz in der Medizin im Vordergrund. Hierfür plant Apium eine Zusammenarbeit mit der Evonik Industries AG. Auf Grundlage des von Evonik hergestellten Hochleistungskunststoff Vestakeep PEEK - eines Biomaterials für medizinische Anwendungen - soll durch Tests herausgefunden werden, wie dieses Material als Filament in optimaler Weise mit der FFF-Technologie verarbeitet werden kann, um das Endprodukt, ein in der 3D-Druck-Technologie hergestelltes Implantat, einzusetzen.

Über weitere interessante Einsatzbereiche von Kunststoffen in der Medizintechnik berichtet die K-ZEITUNG in Ausgabe 06/2017 und am 24. März 2017 in der kostenlosen App der K-ZEITUNG.

gk