Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPAKostengünstige Prothesenherstellung durch FDM-Druck
Der 3D-Druck kommt in zahlreichen Branchen zum Einsatz. Da die Technologien individuelle Produktanforderungen berücksichtigen, werden sie vor allem bei der Herstellung einzelner Bauteile und Prototypen verwendet. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kosten in den letzten Jahren stark gesenkt wurden. Von beiden Faktoren profitiert auch die Medizin- und Orthopädietechnik. Hier ermöglicht die generative Fertigung passgenaue Prothesen und Orthesen zu niedrigen Preisen. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung arbeitet daran, günstige Druckmethoden für die Herstellung von Prothesen zu entwickeln.
Lange Zeit galt der 3D-Druck als ein Privileg großer Firmen oder spezialisierter Dienstleistungsunternehmen. Die Druckverfahren waren komplex, die Maschinen und Materialien teuer. In den vergangenen Jahren wurden jedoch Geräteentwickelt, die mit günstigeren Werkstoff- und Herstellungskosten auskommen. Besonders populär ist das Verfahren »Fused Deposition Modelling« (FDM), bei dem das Druckmaterial mit einer frei beweglichen Heizdüse lokal geschmolzen und schichtweise aufgetragen wird. Jannis Breuninger, Abteilung »Biomechatronische Systeme«, sieht im FDM-Druck enorme Potenziale für die Orthopädiebranche. 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 für Prothesenherstellung optimiert
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 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. 3D-Drucktechnologien werden hier hauptsächlich in Form von teuren Metallschmelzverfahren, beispielsweise »Selektives Laserschmelzen«, im Bereich der Implantate eingesetzt. Das Ziel des Fraunhofer IPA ist es, den Herstellungsprozess so weit zu optimieren, dass er in der Orthopädie adaptiert und eingesetzt werden kann. Auf diese Weise könnten Menschen auf der ganzen Welt, die ein Körperteil verloren haben, ein Stück Lebensqualität zurückerhalten. Derzeit arbeitet die Abteilung »Generative Fertigung« unter der Leitung von Steve Rommel daran, das FDM-Verfahren weiterzuentwickeln.