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Mit dem Freeformer von Arburg fertigt Samaplast individualisierte Implantate

Kunststoff-Freiformen für die Medizin
Additiv gefertigte Implantate – aus Originalmaterial hergestellt

Kunststoffspritzgussteile von Samaplast kommen als medizinische Komponenten und Implantate zum Einsatz. Für die Verarbeitung eines dafür geeigneten biokompatiblen Materials setzen die Schweizer auf den Freeformer von Arburg, der aus dem Granulat additiv Teile für patientenspezifische Implantate fertigt.

Lukas Pawelczyk
Arburg, Loßburg

Der 3D-Druck in der Medizintechnik ist nicht neu und wird wie in vielen anderen Branchen als effiziente Technologie für die Entwicklung von Prototypen eingesetzt. Mit der Weiterentwicklung der Materialien entwickelte sich auch das Einsatzspektrum weiter. Ein führender Hersteller, der eine Zulassung für den 3D-Druck von Implantaten aus Titan erhielt, ist das Unternehmen Stryker Instruments. Aus Titan stellt es zum Beispiel Hüft- und Kniegelenkersatz, Schädelrekonstruktionen und Wirbelsäulenimplantaten her. Viele thermoplastische Materialien befinden sich hingegen noch im Evaluierungsprozess. Jüngste Daten deuten darauf hin, dass Peek und Pekk hervorragende Alternativen darstellen und zudem sehr viel kostengünstiger sind als Titan.

Zahl der additiv gefertigten Implantate wächst

In der orthopädischen Industrie setzt gerade ein Boom additiv gefertigter Implantate ein. Im Jahr 2019 wurden schätzungsweise mehr als 600 000 Implantate mittels 3D-Druck hergestellt. Bis 2027 wird erwartet, dass die Zahl die Marke von vier Millionen übersteigt. „Der Anspruch, Technologieführer zu sein, treibt uns an“, sagt Thomas Mösli, Kunststoffingenieur bei der Schweizer Samaplast AG, St. Margrethen. „Wir haben eine lange Erfolgsgeschichte in der Herstellung von medizinischen Geräten und suchten eine Chance, uns vom Wettbewerb abzuheben.“

Samaplast ist nach eigenen Aussagen ein führender Anbieter von Kunststoffspritzgussteilen höchster Qualität in den Bereichen Technik, Medizin und Implantate, von der Idee bis zur Marktreife. Das Unternehmen wollte seine Geschäfte so weiterentwickeln und vorantreiben, dass bestehende Kunden profitieren und gleichzeitig neue Kunden gewonnen werden. 2018 stieg Samaplast in die additive Fertigung ein und erkannte schnell, dass die Chancen für diesen Geschäftsbereich größer waren als gedacht.

Schnelles Prototyping verkürzt die Produkteinführungszeit

Mittels Additive Manufacturing (AM) war Samaplast in der Lage, seine Kunden bereits früh im Produktentwicklungszyklus zu unterstützen. Mit dem Zugang zu verschiedenen AM-Technologien konnte das Unternehmen seinen Kunden nunmehr die Möglichkeit bieten, ihre Produkte frühzeitig funktional zu testen und schneller zu klinischen Studien zu gelangen. Die schnelle Fertigung von Prototypen erwies sich als wesentlicher Vorteil für die Risikominimierung und verkürzte deutlich die Time-to-Market.

Als Samaplast auf den Freeformer und das Kunststoff-Freiformen (AKF) der Arburg GmbH + Co. KG aus Loßburg stieß, erkannte das Unternehmen sofort die Chancen, die das offene System und die Materialfreiheit boten. Nun galt es herauszufinden, ob sich das AKF-Verfahren tatsächlich für die Verarbeitung von medizinisch zugelassenen Implantat-Materialien wie beispielsweise Evonik Resomer oder DSM Bionate einsetzen ließ und welche Auswirkungen das auf die eigenen Geschäfte haben könnte.

Thomas Mösli war zufrieden: „Der Freeformer eignet sich gut für die additive Verarbeitung von resorbierbaren und implantierbaren Materialien in Granulatform, die typischerweise für das Spritzgießen verwendet werden. Die Möglichkeit, mit diesen Materialien bereits vor der Serienfertigung zu experimentieren, würde einen bedeutenden Vorteil darstellen“, so der Kunststoffexperte, der damit auf die Anfangsphase der Freeformer-Evaluierung verweist.

Auch Verarbeitung eigener und biokompatibler Materialien möglich

Der Freeformer ist ein offenes 3D-Druck-System, das Materialvielfalt bietet. Beim AKF-Verfahren lassen sich bis zu drei verschiedene Materialien kombinieren. Um komplexe Geometrien zu realisieren, kann als dritte Komponente ein Stützmaterial eingesetzt werden, das sich anschließend auswaschen lässt. Ähnlich wie beim Spritzgießen schmilzt der Freeformer zunächst das Kunststoffgranulat auf. Das geschmolzene Material setzt er dann in kleinsten Tropfen nach einer bestimmten Strategie auf einen beweglichen Bauteilträger ab. Mit diesem offenen System bietet sich Anwendern die Möglichkeit, auch spezielle, eigene und biokompatible Materialien mittels additiver Fertigung zu verarbeiten.

Samaplast hat diese Gelegenheit aufgegriffen. „Wir haben über 25 Jahre Erfahrung mit implantierbaren Kunststoffen“, sagt Mösli und verweist auf ein Projekt für den Ersatz einer Meniskus-Komponente. „Im AKF-Verfahren konnten wir innerhalb nur weniger Tage einen Multimaterial-Meniskus aus verschiedenen Polyurethan-Arten additiv fertigen. Dies ermöglichte unserem Kunden, sofort mit Tests am Produkt zu beginnen. Ohne den Freeformer hätten wir das Teil spritzgegossen und gegebenenfalls mehrere Monate auf das zugehörige Werkzeug warten müssen.“ Zudem können Werkzeugfehler oder mehrere Iterationen des Werkzeugdesigns zu erheblichen Verzögerungen bei der Entwicklung führen und die Kosten drastisch beeinflussen.

AKF: Schneller Weg zu individualisierten Implantaten

Ein weiteres Beispiel: Spritzgegossene Wirbelsäulenstäbe aus Kunststoff sind für die orthopädische Chirurgie entwickelte Langzeitimplantate, die länger als 180 Tage im Körper eingesetzt werden können. Mit dem Freeformer produziert Samaplast davon Teile, um vorab die Festigkeit und Funktionalität des Implantats zu beurteilen. Darüber hinaus ist das Unternehmen mit dem Freeformer in der Lage, schnell und kostengünstig mehrere verschiedene Varianten additiv zu fertigen, damit Produkte schneller auf den Markt kommen können. Zwar handelt es sich bei den meisten Produkten um Standardgrößen und -abmessungen. Das AKF-Verfahren öffnet jedoch auch die Tür zu individualisierten Implantaten, die künftig die Patientenversorgung und Behandlungsergebnisse verbessern werden.

Mit der Zusammenarbeit ist Thomas Mösli zufrieden. „Nachdem wir den Freeformer gekauft hatten, hat Arburg uns geholfen, unsere Fähigkeiten bekannt zu machen, und das Geschäft ist gewachsen. Wir sind gespannt auf die Zukunft.“


Zum Anbieter des Freeformers:
Arburg GmbH + Co KG
Arthur-Hehl-Straße
72290 Loßburg
www.arburg.com

Zum Schweizer Kunststoffspezialisten und Freeformer-Anwender:
Samaplast AG Kunststofftechnik
Neugrütstr. 3
CH-9430 St. Margrethen
www.samaplast.ch

 

 

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