Die additive Fertigung bietet Herstellern im Bereich der Medizintechnik viele neue Möglichkeiten – Marktprognosen sagen eine Zunahme des Umsatzes auf 10,8 Mrd. US-$ im Jahr 2021 voraus. Auf der Medtec zeigen Aussteller ihre Innovationen für die Herstellung von Medizinprodukten.
Additive Fertigung ist ein automatischer Prozess zur schnellen Herstellung von Prototypen und funktionellen Endprodukten. Dabei werden virtuelle Entwürfe aus CAD-Programmen in dünne horizontale Schichten zerlegt, die dann Schicht für Schicht gedruckt werden, bis das Modell fertig ist. Nach einem im Jahr 2012 von Wohlers Associates, einem der führenden Forschungsinstitute für die additive Fertigung, veröffentlichten Bericht führen die USA diesen Markt mit einem Gesamtanteil von 38 % an, gefolgt von Europa mit 22 %. Die Einführung der 3D-Drucktechnologie nimmt aber auch in Schwellenmärkten Fahrt auf.
Die wichtigsten Teilnehmer am Markt sind derzeit unter anderem: 3D Systems Corporation (USA), 3T RPD (Großbritannien), Arcam AB (Schweden), Biomedical Modeling, Inc. (USA), Envisiontec GmbH (Deutschland), EOS GmbH Electro Optical Systems (Deutschland), Fcubic AB (Schweden), GPI Prototype and Manufacturing Services, Inc. (USA), Greatbatch, Inc. (USA), Layerwise NV (Belgien), Limacorporate SPA (Italien), Materialise NV (Belgien) und Medical Modeling, Inc. (USA). Entsprechend der Umfrage beträgt die Größe des Gesamtmarkts für in 3D-Druck hergestellte Produkte und Dienstleistungen über alle Branchen hinweg rund 2 Mrd. US-$, die sich im Jahr 2013 fast zu gleichen Teilen auf Produkte und Dienstleistungen aufgeteilt hat.
Dabei ist der Medizinsektor mit einem Anteil von 16 % eine der Schlüsselindustrien, in der 3D-Drucktechnologien häufig anzutreffen sind. Der Hauptunterschied zwischen der Medizintechnik und den Sektoren Automobiltechnik und Verbraucherelektronik, die einen noch größeren Marktanteil haben, ist, dass die additive Fertigung in der Medizinbranche direkt für die Produktion von Produkten eingesetzt wird, während sie in den anderen Branchen hauptsächlich für die Herstellung von Prototypen genutzt wird. Einer der wichtigsten Bereiche mit dem größten Wachstum ist dabei der Bereich der medizinischen Implantate.
Global Industry Analysts erwartet, dass der internationale Markt für orthopädische Instrumente im Jahr 2017 einen Wert von rund 56 Mrd. US-$ erreicht. Gemäß einzelnen brancheninternen Schätzungen werden in der näheren Zukunft 80 % der weltweit benötigten Implantate mithilfe additiver Fertigungstechniken hergestellt. Außerdem wird die additive Fertigung häufig zur Herstellung von chirurgischen Ausrüstungen, individuellen Prothesen und Gerüsten eingesetzt, wobei chirurgische Ausrüstungen aufgrund ihrer breiten Anwendbarkeit den größten Marktanteil haben.
Der Erfolg des 3D-Drucks im medizinischen und biomedizinischen Bereich trägt auch zu seinem außerordentlichen Innovationspotenzial bei. Zu den neueren Entdeckungen, die der Entwicklung additiver Fertigungstechnologien zu verdanken sind, zählt die Möglichkeit, Ersatzgewebe und Blutgefäße herzustellen. Bioprinting oder das Drucken voll funktionsfähiger menschlicher Organe ist der nächste Schritt.
Diese neuen Fortschritte bieten sowohl bereits etablierten größeren Unternehmen als auch Existenzgründern verschiedene spannende Möglichkeiten. Unternehmen wie Arcam AB, Stratasys, POM Group, Kennametal Stellite und viele andere untersuchen bereits die biomedizinischen Anwendungen des 3D-Drucks. Darüber hinaus arbeiten viele Forschungsinstitute an der Entwicklung innovativer Medizintechnik, bei der die additive Fertigung zum Einsatz kommt.
Jedoch gibt es auch einige größere Herausforderungen, vor denen dieser Markt steht. Dazu gehören regulatorische Hürden, die Materialcharakterisierung in der Entwicklungsphase sowie ein tiefgreifendes Verständnis für die Techniken und ihre erfolgreiche Anwendung in Fertigungsprozessen. Die aktuelle Entwicklung der 3D-Drucktechniken für den medizinischen Sektor befasst sich mit dem Bioprinting oder Drucken von Organen.
Es ist keine Überraschung, dass die regenerative Medizin und die rekonstruktive Chirurgie beim 3D-Druck vorn mit dabei sind. Die additive Fertigung wurde im Jahr 2005 im medizinischen Bereich eingeführt, und seitdem hat sie sich deutlich weiterentwickelt: Im Jahr 2013 konnte die additive Fertigung Geschichte schreiben. Damals wurde in einem einzigartigen Eingriff bei einer Patientin der gesamte obere Teil des Schädels durch ein im 3D-Drucker gefertigtes Kunststoffimplantat ersetzt. Wie bei vielen im 3D-Druck angefertigten Prothesen wurde die Schädeldecke exakt auf die spezifischen biologischen und anatomischen Merkmale der Patienten abgestimmt. Neurochirurgen des University Medical Centre Utrecht in den Niederlanden haben den Eingriff erfolglreich durchgeführt.
Ebenfalls im Jahr 2013 gelang es Forschern der Cornell University, mit der 3D-Drucktechnik eine künstliche Ohrmuschel herzustellen. Der Prototyp wurde aus lebenden Zellen hergestellt, wozu spezielle Knorpelproben von Kühen gezüchtet wurden. Das Produkt soll Kindern helfen, bei denen die Ohrmuscheln aufgrund eines kongenitalen Defekts unterentwickelt bleiben.
Am Wake Forest Institute of Regenerative Medicine haben Wissenschaftler eine Möglichkeit entwickelt, Hautzellen direkt auf Brandverletzungen zu drucken. Die „Tinte“ des Druckers besteht dabei aus Hautzellen, die von nicht beschädigten Hautbereichen des Patienten entnommen wurden. Größe und Tiefe der Wunde sowie die an verschiedenen Stellen gefundenen Hautzellenarten werden von einem Scanner bestimmt. Anhand dieser Informationen kann der Drucker Schichten der korrekten Zellart auftragen, um die Wunde zu bedecken.
In Europa forscht ein niederländisches Unternehmen namens Skinprint mit 3D-Druckern, um Verbrennungen zu behandeln. Anstatt Zellen direkt auf die Wunden des Patienten aufzudrücken, arbeitet Skinprint an der Herstellung universeller transplantierbarer Hauttransplantate.
Recht zuversichtlich sind Wissenschaftler vom Cardiovascular Innovation Institute in Louisville, Kentucky, zudem an einem Projekt tätig, in dem aus einer Kombination künstlicher und natürlicher Stoffe ein voll funktionierendes menschliches Herz mit dem Namen „Bioficial Heart“ gedruckt werden soll. Sie schätzen, dass der Prototyp in drei bis fünf Jahren fertiggestellt sein wird und dass das Herz in weniger als zehn Jahren am Menschen getestet werden kann.
Svetlana Fathers UBM Canon, Siegburg
Ihr Stichwort
- Regenerative Medizin und rekonstruktive Chirurgie
- Fertigungsverfahren der Zukunft
- Künstliche Gewebe und Blutgefäße
- Bioprinting von Organen
Unsere Webinar-Empfehlung
Erfahren Sie, was sich in der Medizintechnik-Branche derzeit im Bereich 3D-Druck, Digitalisierung & Automatisierung sowie beim Thema Nachhaltigkeit tut.
Teilen:
