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Additive Fertigung in Humanmedizin und Zahnmedizin

Dieser Artikel zielt darauf ab, etwas Licht auf die aktuellen Fortschritte der Additive Fertigung in den Bereichen der Humanmedizin und Zahnmedizin zu werfen.

In den Bereichen der Human- und Zahnmedizin hat jeder Patient einzigartige Probleme mit ebenso einzigartigen Lösungen. Deshalb sind oft tiefgreifende Anpassungen und PrĂ€zision bei der Behandlung notwendig. Und wenn es um maßgeschneiderte Lösungen und Behandlungen geht, dann ist keine andere Fertigungstechnologie so gut wie die Additive Fertigung.  TatsĂ€chlich bietet der 3D-Druck lokale Optionen, Lösungen und Werkzeuge in einer Welt, die zum Beispiel die Probleme einer COVID 19 – Pandemie ertragen muss.

Warum gerade additive Fertigungsmethoden fĂŒr die Human- und Zahnmedizin? 

BiokompatibilitÀt

Es gibt viele biokompatible Materialien, die fĂŒr den 3D-Druck zur VerfĂŒgung stehen. Das bedeutet, dass sie nicht reagieren, wenn sie mit biologischen Systemen in Kontakt kommen, was ĂŒberaus wichtig dafĂŒr ist, wenn es um Implantate, Prothesen, Zahnersatz usw. geht, die mit menschlichem Gewebe in Kontakt kommen.

Der Internationale Standard fĂŒr die PrĂŒfung von GerĂ€ten, ISO 10993, bietet Informationen darĂŒber, wie biokompatible Materialien getestet und im Rahmen einer weitreichenden Risikomanagement- und Risikominderungsstrategie verwenden werden können. Das Bestehen dieser PrĂŒfung stellt sicher, dass von den Materialien keine GefĂ€hrdung ausgeht, wenn sie mit menschlichem Gewebe in Kontakt kommen, und sie zum Beispiel nicht giftig sind oder keine Hautirritationen verursachen.

Sterilisierbarkeit 

Sterilisation befreit ein Bauteil von Bakterien, Viren usw. und viele Materialien wie ABS 30i sind auf viele Arten, wie Gammastrahlung und Alkoholsterilisation, sterilisierbar. Das macht die additive Fertigung zum besten und gleichzeitig gĂŒnstigsten Weg, um sterile und sterilisierbare Produkte herzustellen.

Bio-Anwendbarkeit

Neben der BiokompatibilitĂ€t mĂŒssen ersetzende Elemente wie Prothesen, Zahnersatz oder Implantate physikalische Eigenschaften aufweisen, die denen der ursprĂŒnglichen Körperteile entsprechen. Zum Beispiel muss der Ersatz fĂŒr einen Knochen oder ein Gelenk in der Lage sein, großen KompressionskrĂ€ften und ErmĂŒdung standzuhalten. Viele Materialien,  die fĂŒr die medizinische Industrie geeignet sind, wie zum Beispiel Titan, dienen genau diesem Zweck und werden mithilfe der AF auf den Patienten maßgeschneidert.

Anpassung

Keine zwei Patienten sind gleich. Zum Beispiel sind selbst bei einem einzelnen Patienten das linke und rechte Ohr unterschiedlich groß und haben eine unterschiedliche Form. Es gibt keine einzelne GrĂ¶ĂŸe von HörgerĂ€ten, die bei allen passt und bequem sitzt. Das zeigt, dass ein Bedarf fĂŒr die Anpassung besteht, was den großen Vorteil der AF ausmacht. Carbon DLS ist zum Beispiel in der Lage extrem genaue Teile zu erzeugen, die aus weichen Elastomeren bestehen, die wiederum genau in das Ohr des Patienten passen.

Prototypisierung

Die Additive Fertigung ist bekannt fĂŒr die schnellen KapazitĂ€ten bei der Prototypenfertigung und wird intensiv in der Human- und Zahnmedizin verwendet. So kann es zum Beispiel das Modell des Kieferknochens eines Patienten sein, mit dem den Ärzten ein lebensgroßes Modell fĂŒr die Besprechung der Behandlung zur VerfĂŒgung steht, und sie sich nicht nur auf zweidimensionale Röntgenaufnahmen oder die Abbildungen von anderen Bildgebungsverfahren verlassen mĂŒssen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Patientendaten in Form eines CAD Modells gespeichert werden können. Das hilft immens bei der Vorbereitung patientenspezifischer Implantate und insbesondere in der Zahnmedizin, indem die exakte Form und GrĂ¶ĂŸe der ZĂ€hne repliziert werden kann.

Anwendungen des 3D-Drucks in der Human- und Zahnmedizin 

KostengĂŒnstige und somit bezahlbare Prothesen und Orthesen

In einem einzelnen Jahr geschehen viele UnfĂ€lle und viele Menschen verlieren als Folge dieser UnfĂ€lle Gliedmaßen. Aber, auch wenn der Bezug einer Prothese an sich einfach ist, so ist sie dennoch sehr teuer. Der Aufstieg der AF in diesem Bereich macht die teure Aufgabe der Gestaltung einer passenden Prothese und die darauf folgende Fertigung deutlich bezahlbarer und leichter zugĂ€nglich.

Der 3D-Druck machte die Analyse, das Design und die Herstellung einer patientenspezifischen Prothese deutlich einfacher und er ist inzwischen fĂŒr viele Menschen zum Retter in der Not geworden. Das trifft ebenso auf die Zahnmedizin zu, in der es deutlich einfacher ist, einen Kiefer und die ZĂ€hne zu analysieren und sie mit CAD, und darauf folgendem 3D-Druck, neu zu erschaffen.

Example of a revolutionary prosthetics created by Prosfit (Image credit: HP)
Beispiel fĂŒr eine revolutionĂ€re Prothese von Prosfit (Bildrechte: HP)

Inhouse Druck und schnelle Prototypisierung

Ein 3D-Drucker in einem Krankenhaus oder einer Forschungseinrichtung hilft dabei, Innovationen anzukurbeln und Verbesserungen bei der Behandlung durch hĂ€ufigere Iterationen beim Design und dem Druck schneller und gĂŒnstiger zu ermöglichen. Es ist gerade fĂŒr Auszubildende und Studenten der Human- und Zahnmedizin deutlich einfacher einen Sachverhalt an einem tatsĂ€chlichen Modell statt einer zweidimensionalen Abbildung zu verstehen und damit ihr Wissen zu vergrĂ¶ĂŸern.

3D-Bioprinting und Tissue Engineering

Falls ein Organ beschĂ€digt wurde und behandelt werden muss, so kann dies mithilfe von Spenderorganen, Autotransplantaten oder Transplantaten geschehen, bei denen Gewebe aus einem anderen Körperteil entnommen und an der beschĂ€digten Stelle eingesetzt wird. Dies ist Teil des sogenannten Tissue Engineering (GewebezĂŒchtung).

In der Zukunft kann das 3D-Bioprinting diesen Vorgang revolutionieren, indem die Transplantationsmethode durch das Drucken mit kompatiblen Materialien ersetzt wird, was viele Leben retten kann. Von einfachen Zellstrukturen bis hin zum Ersatz des SchĂ€delknochens, gibt es einen sehr großen Spielraum in diesem Bereich, und die Forscher arbeiten daran, es zu einer realistischen Option mit großem Potenzial fĂŒr die Zukunft zu machen.

The concept of 3D bioprinting(Image: Science Direct)
Das Konzept des 3D-Bioprintings (Bild: Science Direct)

Überblick der Additiven Fertigungsverfahren in der Human- und Zahnmedizin

AnwendungVerfahrenMaterialEigenschaftenBeispiele
ProthesenSLS, MJFNylon PA 12ZĂ€h, flexibel, hohe ZugfestigkeitArm- und Beinprothesen
Medizinische AusstattungFDMABS M30iBiokompatibel, sterilisierbar, hohe SchlagfestigkeitProthesen, detaillierte anatomische Modelle
Gussformen &
Prototypen
FDMPC ISO, ULTEM 1010HitzebestĂ€ndig, schlagfestGussformen fĂŒr Körperteile, individuelle chirurgische LeitfĂ€den
Schwerlast & große HitzeFDMPPSFHitzebestĂ€ndig, chemikalienbestĂ€ndigProthesen, Prototypen
Tragbare Ausstattung & GerĂ€teCarbon DLSSIL 30Hitze- & reißfest, flexibles ElastomerAtemmasken, Implantate
Angepasste orthopĂ€dische ImplantateDMLSTitan (Ti6Al4V)Fest, korrosions- und hitzebestĂ€ndig, nicht reaktivErsatz fĂŒr Kniegelenke und Knochen
Ortho- & ZahnimplantateDMLSKobalt-Chrom (CoCr28Mo6)Hitze-, korrosions-, chemikalien- und abnutzungsbestÀndigZahn-, Gelenk- und Knochenersatz
Chirurgische WerkzeugeDMLSEdelstahl (17-4PH)GĂŒnstig, hitzebestĂ€ndigTabletts, Skalpelle, Werkzeuge

Fazit

Bei Xometry Europe bieten wir schnelle, verlĂ€ssliche und extrem genaue 3D-Druckdienste fĂŒr Thermoplastik, Elastomere und Metalle an, die einen immensen Vorteil fĂŒr die Medizinindustrie darstellen. Wir bieten außerdem verschiedene Nachbehandlungsschritte an, um die bestmögliche QualitĂ€t zu gewĂ€hrleisten.

Egal um welche Mengen, PrĂ€zision, KomplexitĂ€t oder erforderliche Lieferzeit es sich handelt, wir haben die passende ProduktionskapazitĂ€t dafĂŒr. Gehen Sie auf unsere Instant Quote Plattform, laden sie ihre Modelle hoch und erhalten sie innerhalb von Sekunden ein Angebot. Absolut kostenlos und vertraulich.

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