1-2019

Produktion

Produktion Medizinbranche schätzt den 3D-Druck Autor: Daniel Cohn, Geschäftsleiter von Protolabs Deutschland protolabs.de Der 3D-Druck sorgt seit ein paar Jahren immer wieder für Aufsehen. Immer mehr Branchen machen ihn sich zunutze, um sehr speziellen Bedürfnissen nachzukommen, egal ob es um 3D-gedruckte Alltagsgegenstände, Autos oder sogar Lebensmittel geht. So ist sein Nutzen auch der Medizinbranche nicht entgangen, die darin eine echte Chance zur Optimierung ihrer Techniken sieht. In einem im Januar erschienenen Bericht über die 3D-Druckindustrie schätzt das US-amerikanische Beratungsunternehmen International Data Corporation, dass sich die weltweiten Ausgaben für diese Technologie im Jahr 2018 auf 12 Milliarden US- Dollar belaufen könnten. Die Gesundheits industrie gehört zu den Branchen (an zweiter Stelle), die im Jahr 2018 mit 1,3 Milliarden US-Dollar am meisten für die Produktion ausgaben. Wie weit ist die Branche konkret? Die Anwendungen des 3D-Drucks in der Medizinbranche sind sehr vielfältig. Fachleute nutzen die Technologie vor allem für die Herstellung von chirurgischen Instrumenten, OP-Ausstattung, Ventilatoren, prothetischen Komponenten und anderen Medizinprodukten. Derzeit sind maßgeschneiderte Prothesen das Hauptanwendungsgebiet des 3D-Drucks im Gesundheitsbereich. Diese werden mithilfe der medizinischen Bildgebung aus biokompatiblen Materialien (Titan, Kunststoff) hergestellt und individuell an den Patienten angepasst. Darüber hinaus erweist sich der 3D-Druck als wertvolle Orientierungshilfe für Chirurgen, da er diesen in Kombination mit Bildgebungstechniken eine genaue Kopie des zu operierenden Organs bereitstellen und so die Risiken bei der Operation reduzieren kann. Medizinstudenten können mithilfe des 3D-Drucks die Durchführung komplizierter Verfahren üben. Beschleunigung der Entwicklungszyklen Die im Gesundheitssektor tätigen Unternehmen müssen sich sehr speziellen Herausforderungen stellen. Für einige von ihnen sind die kurzen Entwicklungszeiten nicht nur ein Wettbewerbsvorteil, sondern eine unentbehrliche Voraussetzung für die Heilung oder sogar das Überleben der Patienten. Die Zulassungsverfahren in der Medizinbranche sind jedoch sehr anspruchsvoll und schreiben oft zahlreiche Testphasen im Rahmen der Produktentwicklungszyklen vor. Die Beschleunigung der Durchläufe ist daher ein wesentlicher Vorteil des 3D-Drucks. Da er die Herstellung komplexer Designs in einem Stück ermöglicht, ist der 3D-Druck außerdem das ideale Verfahren, wenn es darum geht, stark individualisierte Teile (wie z. B. bei Implantaten) herzustellen. Grenzen Dem Verfahren sind jedoch Grenzen gesetzt, wenn die Teile in Serie produziert werden oder der endgültig verwendete Werkstoff validiert werden muss: Bei der Serienproduktion kommen häufig traditionelle Verfahren zum Einsatz, da sie ab einer bestimmten Stückzahl rentabler und schneller sind. Allerdings bieten diese Verfahren im Hinblick auf das Design nicht dieselben Möglichkeiten wie der 3D-Druck. Statt sich in der Prototyping-Phase auf den 3D-Druck zu stürzen, sollten Entwickler berücksichtigen, dass bestimmte Geometrien ihres Designs mit dem Verfahren für die Serienproduktion nur beschränkt machbar sind. Schließlich sollten die Hersteller von Medizinprodukten daran denken, dass bestimmte Werkstoffe sich nicht für den 3D-Druck eignen oder zu teuer sind, weshalb die Validierung eines Prototyps aus dem endgültig verwendeten Werkstoff nur mit anderen Fertigungsverfahren wie dem Spritzgießen erfolgen kann. Fazit Auch wenn der 3D-Druck nicht die Antwort auf alle Fragen ist, hat er ein enormes Potenzial. Das Tempo, mit dem sich neue Entwicklungen vollziehen, gibt viel Anlass zur Hoffnung. Heute ist die Medizinindustrie zweifellos die Branche, die in Zukunft am stärksten vom 3D-Druck profitieren wird. ◄ 56 meditronic-journal 1/2019

Produktion Lasergestützte Lösungen für die Herstellung medizinischer Komponenten Die Medizingeräteindustrie bewegt sich zunehmend auf reine Laser-Präzisionsherstellungslösungen zu, um aus ihren neuesten Designkonzepten reale Produkte zu schaffen. Die Designs werden immer komplexer und die Fertigungstoleranzen immer geringer, sodass herkömmliche Produktionsverfahren nur schwer mit der Skalierung und effektiven Fertigung schritthalten können. Deshalb nimmt der Einsatz von Ultrakurzpulslasern im Bereich der Medizingeräte industrie sowohl als Entwicklungs- und Prototyping-Tool als auch in der Fertigung weiter zu. Der Femtosekundenlaser der Serie Monaco eignet sich dank seiner athermischen Ablationsfähigkeiten besonderes, wenn eine hochpräzise Fertigung frei von Graten, Anschmelzen, Erstarren und Wärmeeinflusszonen gewünscht ist. Dies ist besonders für implantierbare und minimalinvasive Komponenten relevant, wie etwa kardiovaskuläre Stents und Katheter, bei denen die Qualität der Schnittflächen und die Stentmaschentoleranz kritisch sind. Der Feststrahl-Rohrschneider verwendet fixierte Optiken für einen fokussierten Strahl auf ein Werkstück, das mit vier Bewegungsachsen, drei Übersetzungen (X, Y, Z) und einer Rotation auf eine bewegliche Bühne montiert ist. Das System ermöglicht Fugenschneiden von Rohrmaterial oder Flachmaterial mit Präzision und Toleranzen im Mikrometerbereich. Die Verarbeitung kann mithilfe eines koaxialen Hochdruck-Hilfsgases erfolgen, um beim Schneiden dickerer Wandmaterialien Ablationsrückstände entfernen zu können, sowie mit Innendurchmesser (ID)-Wasserfluss, wobei Wasser während der Verarbeitung durch das Innere des Rohres gespült wird, um Schäden auf der Innenoberfläche des Rohres zu minimieren. Das System kann mit einem Laser der Reihe Monaco mit IRoder grünem Wellenlängenbereich ausgerüstet werden, um für die Produktion kardiovaskulärer und peripherer Stents zylindrische Hochgeschwindigkeitsschnitte oder komplexe Musterschnitte auszuführen. Den vollständigen Artikel finden Sie im meditronic-journal, Ausgabe 2-2018 auf Seite 30. Coherent Inc. www.coherent.com Best of 2018 Perfekte Laser-Mikro-Materialbearbeitung von Medizinprodukten Monaco Laser von Coherent ist ein attraktiver Femtosekundenlaser für die Materialbearbeitung für viele Medizinprodukte Femtosekunden-Laser (Monaco Laser von Coherent) erzeugen hervorragende Ergebnisse in der Mikro-Materialbearbeitung der meisten Materialien für Medizinprodukte. Neue Fortschritte bei meditronic-journal 1/2019 Lasereigenschaften und Fertigungskosten machen diese Technik daher interessant für eine wachsende Zahl von Medizinprodukten - von Nitinol-Stents bis zur Fertigung von Plastik- (z. B. PEEK) -Kathetern. Seit neuester Zeit hat das Interesse an Femtosekunden-Lasern ( einige 10 -15 s Pulsbreite) aus drei Gründen stark zugenommen: Miniaturisierung Erstens erfüllt dieser Laser den wachsenden Bedarf an Miniaturisierung und perfekter Schnittkantenqualität sowie Oberflächenperfektion. Geschichtete Materialien Ein zweiter Grund ist der vermehrte Gebrauch von gemischten Werkstoffen und geschichtetem Material, z. B. bioabsobierbare Kunststoffe auf Metall oder Polyimide auf Glas. Die extrem geringe Pulsbreite der Femtosekunden- Laser (Kurzform: fs-Laser) geht einher mit sehr hohen Pulsspitzenleistungen, dadurch entsteht nichtlineare Absorption im Material. Und schließlich drittens sind fs- Laser durch ihre Verbesserungen hinsichtlich ihrer Leistung, Lebensdauer, Zuverlässigkeit und geringe Kosten für Anwender attraktiv geworden. Gerätehersteller stehen vor der Herausforderung, immer kleinere und präzisere Komponenten fertigen zu müssen, dabei aber gleichzeitig kostengünstig zu produzieren. Mikro-Materialbearbeitung mit Ultra-Kurzpuls-Lasern unterstützt diese Forderung in verschiedenen Aspekten durch ihre Präzision in kleinen Strukturen, ohne das Werkstück durch Bearbeitungskräfte oder Temperatur zu schädigen oder zu beeinflussen. Coherent Inc. www.coherent.com 57