3D-Druck auf dem Weg in die Medizin

Additive Fertigungsverfahren gehören seit einiger Zeit fest ins Repertoire der industriellen Fertigung. In den Bereichen Prototyping, Herstellung individueller Teile und komplexer Geometrien oder für die Forschung und Entwicklung gibt es zahlreiche Verfahren wie 3D-Drucktechnologien die diese Abteilungen bereichern.

Aufgrund der vielfältigen Verfahren eröffnet sich dem Additive Manufacturing nun auch der Weg in die Medizin. Denkbar sind hier, neben speziell angepassten medizinischen Werkzeugen, vor allem Prothesen und Implantate. Einen prominenten Platz nimmt dabei die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ein. In den genannten Bereichen spielen individuelle Implantate eine besondere Rolle. Im Bereich der dentalen Medizin bspw. kann so Zahnersatz für die Patienten maßgeschneidert angeboten werden. Entscheidend dabei ist jedoch die Wahl des Materials aus welchem die Implantate bestehen sollen und damit auch das Verfahren zur Verarbeitung dieses.

Apium PEEK Filament

Apium PEEK Filament

Eines der Materialien, welches seit längerem für Implantate und im Bereich der Dentaltechnik verwendet wird, ist das Hochleistungspolymer Polyetheretherketon (PEEK). Ein Polymer, welches sich aufgrund seiner chemischen Stabilität, Biokompatibilität und Toleranz gegenüber Gammastrahlung sowie hervorragender Verschleißbeständigkeit aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften, PEEK besitzt eine Reißfestigkeit von 98 MPa, als medizinisch einsetzbares Material qualifiziert. Hinzu kommt ein 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.

 

Kooperationen mit der Charité – Universitätsmedizin Berlin und Evonik sollen Medizineinsatz ermöglichen

Apium P 155 Hochleistungspolymer 3D-Drucker

Apium P 155 Hochleistungspolymer 3D-Drucker

Unter Leitung von Prof. (UH) Dr. W.-D. Müller strebt die Apium Additive Technologies GmbH eine Kooperation mit dem Center for Dental and Craniofacial Sciences der Charité Berlin an. Ziel dieser Kooperation ist es, eine Studie zur Ermittlung der Druckleistung im Dentalbereich von zugelassenen PEEK Compounds durchzuführen. Im Mittelpunkt der Studie steht ein Apium P 155 3D-Drucker, basierend auf der FFF 3D-Drucktechnologie. Er dient der Herstellung verschiedener Strukturen, dabei ist die Zugfestigkeit der Druckproben ein entscheidendes Kriterium, welche extrudierten Proben gegenübergestellt werden. Bei zufriedenstellenden Ergebnissen werden im nächsten Schritt Einzelkronengerüste hergestellt und einem Qualitätsvergleich unterzogen. Hier wird besonders auf die Dimensionsgenauigkeit und Passfähigkeit wert gelegt. Den Maßstab setzen CAD CAM gefräste Strukturen. Das Center for Dental and Craniofacial Sciences wird zu Beginn von den 3D-Druck Ingenieuren der Apium Additive Technologies GmbH in die 3D-Drucktechnologie eingewiesen und erhält Unterstützung bei den ersten Testdrucken. Durch diese Studie soll der erste Schritt gemacht werden, einen 3D-Drucker für den medizinischen Einsatz in der Dentaltechnik zu entwickeln. Ein Austausch des Know-Hows beider Seiten sowie der abschließenden Daten der Studie ist dabei ein essenzieller Faktor.

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. Dabei werden die verschiedenen VESTAKEEP® Klassen untersucht und gegebenenfalls modifiziert, um das gewünschte Resultat zu erreichen.

Mit Hilfe beider Kooperationen plant die Apium Additive Technologies GmbH der Vorreiter für den Einstieg in den medizinischen 3D-Druck zu werden und das Verständnis sowie die Herangehensweise an passgenaue Implantate mit dieser innovativen Lösung grundlegend zu revolutionieren.