PEEK-Drucker

Apium nimmt die Biene als Vorbild für den 3D-Druck von Implantaten

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Mithilfe eines 3D-Druckers fertigt Apium aus PEEK qualitativ hochwertige und individuell angepasste Implantate für unterschiedliche Patientengruppen.

Susanne Schwab
susanne.schwab@konradin.de

Kurz und verständlich sollte der neue Name sein, mit dem Anfangsbuchstaben „A“ beginnen: Dieser Schritt wurde 2016 für das 3D-Drucker-Start-up Indmatec notwendig, da Kunden und Investoren den alten Namen nicht einprägsam genug fanden und zudem schlecht aussprechen konnten. Schnell war der Name Apium gefunden – der lateinische Begriff für Biene. Die Assoziation mit Bienen, die ähnlich wie 3D-Drucker hochpräzise dreidimensionale Objekte bauen, nur eben aus Wachs, gefiel allen sehr gut, erinnert sich Uwe Popp, der als Mitgründer von Apium für die Materialentwicklung, Forschungsprojekte sowie Vertrieb und Marketing zuständig ist. Gemeinsam mit Julian Scholz und Dr. Lars Pfotzer, die beide ebenfalls seit der Apium-Gründung mit an Bord sind, führt er die Geschäfte des jungen Unternehmens. Und auch, wenn der Name geändert wurde, die Mission ist die gleiche geblieben: die Entwicklung von 3D-Drucker und Drucklösungen für die Verarbeitung des Hochleistungspolymers PEEK (Polyetheretherketon).

M220 druckt individualisierte PEEK-Implantate

Im Fokus des Unternehmens steht aktuell der Drucker M220, mit dem im Materialextrusionsverfahren die Verarbeitung von PEEK zu medizinischen Zwecken möglich ist. Der 3D-Drucker enthält ein Filtersystem und einen zirkulierenden Luftstrom, wodurch Kontaminierung während des Drucks verhindert wird. Durch die integrierte Temperatursteuerung werden die Prozesstemperaturen während des gesamten Prozesses überwacht und kontrolliert. So lassen sich beispielsweise hochwertige, individualisierte Implantate schnell und kostengünstig, quasi auf Abruf, fertigen.

Der Bereich Medizintechnik ist es auch, den Apium verstärkt bearbeiten möchte: „Wir sehen den medizinischen Bereich als eine neue Welt, die es zu erobern gilt. Immer mehr Anfragen, die wir bekommen, beziehen sich auf medizinische Anwendungen“, so Popp. Für eine aktuelle Fallstudie beispielsweise arbeitete Apium am 3D-Druck medizinischer Netze aus PEEK, die in einem Nachbearbeitungsschritt thermisch verformt werden. Dadurch lassen sich die flach gedruckten Netze individuell an den Gesichtsknochen anpassen. „Anders als bei metallischen Netzen ist eine individuelle Gestaltung schon während der Herstellung möglich“, erklärt Michaela Lücker, Forschungsingenieurin bei Apium.

Medizinische PEEK-Netze – an jeden Einsatz angepasst

Aber nicht nur kleinflächige, flache Netze sind mit dem PEEK-Drucker von Apium möglich, sondern auch Oberkieferknochen und Schädelplatten. „Durch die hohe Gestaltungsfreiheit, die der 3D-Druck Anwendern bietet, kann die Oberfläche je nach Einsatz so angepasst werden, dass beispielsweise das Einwachsen des Implantats erleichtert wird“, so Lücker.

Das 3D-Druck-Verfahren, auf welches Apium mit seinem PEEK-Drucker zurückgreift, basiert auf der so genannten Materialextrusion oder auch Schmelzschichtverfahren. „Dabei wird ein Plastikstrang in einer Metalldüse aufgeschmolzen und Schicht für Schicht auf dem Druckbett abgelegt“, erklärt Michaela Lücker den Prozess. „Die Düse fährt hierfür die Konturen der Schicht nach und füllt diese dann mit dem flüssigen Plastik. Ist eine Schicht fertiggestellt, senkt sich das Druckbett um eine definierte Schichthöhe ab – üblich sind 100 µm –, und die nächste Schicht wird gedruckt.“ Schnittstelle zwischen CAD-Modell und physischer Nachbildung ist eine Software, die das 3D-Modell in ein horizontales Schichtenmodell schneidet und das Druckprofil, also Anweisungen zu Drucktemperaturen, Druckgeschwindigkeiten und anderen Prozessparametern, erstellt.

Peek ähnelt Knochenmaterial und ist biokompatibel

So wurden bereits chirurgische Führungen zur Unterstützung bei OPs oder auch Nachbildungen von chirurgischen Situationen zur präoperativen Planung aus niedrigschmelzendem Plastik wie ABS gedruckt. „Aufgrund der hohen mechanischen Kennwerte, die denen menschlichen Knochens ähneln, und der Biokompatibilität des Materials, eignet sich PEEK vor allem als Implantatmaterial“, erläutert die Forschungsingenieurin. „Selbst Sterilisierungsverfahren bis 250 °C sind dank der hohen Schmelztemperatur von PEEK kein Problem.“

Die Anwendungen für Apiums Drucker sind vielfältig, aber nicht grenzenlos: „Der Fokus beim 3D-Druck liegt nicht in der Massenproduktion, sondern in der zeit- und kostengünstigen Fertigung von Kleinserien. Daher konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die Industrien, die Wert auf eine hohe Gestaltungsfreiheit legen sowie geringe Stückzahlen produzieren wollen – so wie die Medizintechnik“, erklärt Uwe Popp.

Aktuell ist Apium Teilnehmer einer klinischen Studie der Medizinischen Universität Graz, wo erstmalig die gesamte Prozesskette von CT-Scan des Patienten bis hin zum einsetzbaren, 3D gedruckten Implantat entwickelt, geprüft und zertifiziert werden soll. „Weitere Kooperationen mit Kliniken sind erwünscht, die sich vorstellen können, 3D-Druck in den Klinikalltag zu integrieren“, sagt Lücker. „Ebenso sind wir auf der Suche nach Forschungseinrichtungen, die unseren Drucker für die Umsetzung ihre Ideen einsetzen und testen wollen. Es mangelt derzeit nämlich noch an Studien und Papern zum Thema 3D-gedruckte PEEK-Implantate.“

Kontakt zum Hersteller:

Apium Additive Technologies GmbH
Technologiezentrum Karlspark
Siemensallee 84
76187 Karlsruhe
Tel.:+49 (0)721 132095-0
Mail: info@apiumtec.com


Zum Start-up Apium

Unternehmen: Apium Additive Technologies GmbH

Gegründet: 2016 in Karlsruhe (vormals Indmatec )

Gründer: Tony Tran-Mai, Prof. Brando Okolo, Dr. Lars Pfotzer, Julian Scholz, Uwe Popp und SRM Beteiligungs AG

Geschäftsführer: Lars Pfotzer,
Uwe Popp, Julian Scholz

Angebot: Produkte und Lösungen für die Verarbeitung von Hochleistungspolymeren im 3D-Drucker

Zertifikate: Apium ist nach ISO 9001:2015 zertifiziert. Die 3D-
Drucker der Apium-M220-Serie fallen nicht unter die Medizinprodukte-Richtlinie, eignen sich jedoch für die Produktion bei medizinischen Anwendungen. Die erforderlichen Zertifikate über die Biokompatibilität von Material und Maschine werden zur Verfügung gestellt.

Weitere Informationen:

www.apiumtec.com

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