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3D-Druck Materialien für die Medizinindustrie

Dieser Artikel gibt einen Überblick über die auf dem Markt erhältlichen 3D-Druckmaterialien für die Medizinindustrie.

Die Anwendung des 3D-Drucks in der Medizinindustrie hat zu kolossalen Innovationen, Entdeckungen und Branchenwachstum geführt. Dieses Herstellungsverfahren, das einst als neuartig galt, ist heute unverzichtbar und wird in der Medizinindustrie weit verbreitet verwendet. Der 3D-Druck hat zahlreiche Eigenschaften, die in der medizinischen Industrie immens wichtig und vorteilhaft sind. Einige davon sind Geschwindigkeit, Flexibilität, die Möglichkeit mit verschiedenen Materialien zu arbeiten, Individualisierung, Wiederholbarkeit und die Fähigkeit hochkomplexe Teile herzustellen.

Zu den Anwendungen des 3D-Drucks in der Medizinindustrie gehören die Herstellung von individuellen Prothesen und Kieferorthopädie, Implantaten, anatomischen Modellen für die chirurgische Vorbereitung, anatomischen Studienmodellen, medizinischen Hilfsmitteln, Prototypen, medizinischen Werkzeugen und allgemeinen medizinischen Geräten.

Anforderungen an Materialien für den Einsatz in der Medizinindustrie

Der 3D-Druck ist eine breit gefächerte Fertigungstechnologie, die mit zahlreichen Kunststoffen, Elastomeren und Metallen kompatibel ist. Allerdings sind nicht alle 3D-druckbaren Materialien für die Herstellung von medizinischen Produkten geeignet. Es gibt bestimmte Eigenschaften, die Materialien besitzen müssen, um ideal für die Medizinbranche zu sein. Einige der erforderlichen Eigenschaften von medizinischen 3D-Druckmaterialien sind:

Biokompatibilität: Materialien, die zur Herstellung von Produkten wie Implantaten und internen medizinischen Geräten verwendet werden, müssen biokompatibel sein. Das bedeutet, dass sie bei Kontakt mit einem biologischen System völlig unreaktiv sein müssen. Biokompatibilität ist entscheidend für Implantate, Zahnersatz, Organ-/Knochenersatz, Herzschrittmacher und andere medizinische Produkte, die mit menschlichem Gewebe in Kontakt kommen.

Sterilisierbarkeit: Aufgrund der extrem hohen hygienischen Anforderungen in der medizinischen Industrie ist die Sterilisierbarkeit in den meisten Fällen entscheidend. Dies macht die Sterilisierbarkeit zu einer wichtigen Eigenschaft von medizinischen 3D-Druckmaterialien.

Bio-Verwendbarkeit: Für den Ersatz von Körperteilen wie Prothesen, Zahnersatz, Implantaten und künstlichen Organen reicht es nicht aus, dass die Materialien biokompatibel sind. Sie müssen auch ähnliche physikalische Eigenschaften wie das ursprüngliche Körperteil besitzen. So müssen beispielsweise Knochenersatzmaterialien hart und fest sein und eine hohe Druckfestigkeit aufweisen. Ebenso müsste ein Material, das zum Drucken eines menschlichen Ohrs verwendet werden soll, relativ weich sein.

Beachten Sie, dass die erforderlichen Eigenschaften je nach Anwendung des herzustellenden Produkts variieren können.

PA 12 (Nylon)

Dies ist ein sehr vielseitiges, leichtes, korrosionsbeständiges und chemikalienresistentes Material. Es ist außerdem zäh und flexibel mit hoher Zug- und Schlagfestigkeit. Nylon PA12 kann mit Ethylenoxid, Chemikalien, Gammabestrahlung, Gasplasma und Dampfautoklaven sterilisiert werden. Es wird im MJF– oder SLS-3D-Druckverfahren gedruckt. Als medizinisches Material ist Nylon PA12 ISO-zertifiziert und USP Klasse I – IV und wird häufig in der Prothetik verwendet.

ABS M30i

ABS M30i ist ein weiterer weit verbreiteter Thermoplast in der Medizinindustrie. Es ist nicht nur biokompatibel, sondern auch durch Gammabestrahlung, Ethylenoxid und Gasplasma sterilisierbar. Dieses Material ist ISO-zertifiziert und entspricht den USP-Klassen I – IV. Es wird häufig zur Herstellung von medizinischen Geräten und detaillierten anatomischen Modellen verwendet. Es kann auch für die Prothetik verwendet werden. ABS M30i ist zäh und hat eine hohe Zug- und Schlagfestigkeit. Es wird mit FDM gedruckt.

PC ISO

Dieses Material wird häufig zur Herstellung von Formen, Prototypen und kundenspezifischen chirurgischen Führungen verwendet. PC ISO hat zwar eine geringere Oberflächenqualität als Nylon PA12, ist aber stark und hitzebeständig mit hoher Zugfestigkeit. PC ISO ist auch biokompatibel, wenn auch nur kurzzeitig und kann durch Gammabestrahlung und Ethylenoxid sterilisiert werden. PC ISO wird über FDM gedruckt.

Polyetherimid (ULTEM 1010)

Im Vergleich zu anderen FDM-Thermoplasten ist ULTEM 1010 einer der stärksten und beständigsten gegen Hitze und Chemikalien. Es ist außerdem sehr biokompatibel und kann mit Gammabestrahlung, Ethylenoxid, Gasplasma und Dampfautoklav sterilisiert werden. ULTEM 1010 wird für den Druck von chirurgischen Führungen, Prototypen und Prothetik verwendet.

PPSF

Dieses FDM-Material ist bekannt für seine Hitze- und Chemikalienbeständigkeit sowie für seine wünschenswerten mechanischen Eigenschaften. Es ist biokompatibel und kann mit Dampfautoklaven, Ethylenoxid, Gasplasma und Gammabestrahlung sterilisiert werden. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich PPSF hervorragend für die Herstellung von Prothesen, Prototypen und Teilen, die bei hohen Belastungen oder hohen Temperaturen eingesetzt werden.

Silikon (Sil 30)

3D-Druck einer Herzklappe aus Silikon (Quelle)

Silikon ist ein hitzebeständiges, reißfestes und hochflexibles biokompatibles Elastomer. Es wird häufig bei der Herstellung von tragbaren Teilen mit Hautkontakt verwendet, z. B. bei Atemschutzmasken. Es kann auch zum Drucken von Implantaten verwendet werden. Silikon kann mit Carbon DLS 3D-Druck gedruckt werden.

Titan (Ti6Al4V)

Kniegelenkersatz aus Titan (Quelle)

Titan ist eines der meistverwendeten Metalle in der Medizinindustrie. Die hohe Präferenz für dieses Material resultiert aus seinen zahlreichen vorteilhaften Eigenschaften und der Ähnlichkeit mit dem menschlichen Knochen. Titan ist extrem fest, hitzebeständig, hart, korrosionsbeständig, nicht reaktiv, durch verschiedene Methoden sterilisierbar und sehr biokompatibel.

Dieses Material wird in der medizinischen Industrie häufig zur Herstellung von maßgeschneiderten orthopädischen Implantaten wie Knochen- und Gelenkersatz, Zahnimplantaten und Schädelplatten verwendet. Es wird auch zur Herstellung von medizinischen Werkzeugen verwendet. Titan wird mit DMLS gedruckt.

Kobalt-Chrom (CoCr28Mo6)

Zähne aus Kobalt-Chrom

Wie Titan wird Kobaltchrom in der medizinischen Industrie häufig zur Herstellung von orthopädischen Implantaten wie Zahnersatz, Knochen und stark beanspruchten Gelenken wie Hüften, Schultern und Knien verwendet. Kobaltchrom ist biokompatibel und sehr widerstandsfähig gegen Hitze, Korrosion, Verschleiß und Chemikalien. Es hat außerdem eine hohe Festigkeit und Härte und ist relativ leicht. Teile werden aus diesem Material im direkten Metall-Lasersintern gedruckt.

Edelstahl (17-4PH)

Chirurgische Werkzeuge aus Edelstahl

Edelstahl ist ein hochfestes Metall, das biokompatibel ist und über verschiedene Sterilisationsmethoden sterilisiert werden kann. Allerdings ist seine Korrosionsbeständigkeit nur von kurzer Dauer, was es insbesondere für Implantate weniger vorteilhaft als Titan und Kobaltchrom macht. Dieses Material eignet sich hervorragend für chirurgische Werkzeuge und temporäre Implantate. Außerdem ist Edelstahl im DMLS-Verfahren kostengünstiger zu drucken als Titan und Kobaltchrom.

Fazit

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Veröffentlicht in Materialien