Kniegelenk auf Knopfdruck

Interview mit Dr.-Ing. Tassilo Moritz vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

Wie kann man Keramiken drucken, welchen Zweck erfüllen sie und wie profitiert die Medizintechnik davon? Antworten liefert Dr.-Ing. Tassilo Moritz vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS.

22.04.2016

Foto: Mann sitzt lächelnd vor einem Computer - Tassilo Moritz

Dr.-Ing. Tassilo Moritz ; © Foto Fraunhofer

Herr Dr. Moritz, in 3D zu drucken ist keine Besonderheit mehr. Sie haben nun ein neues Verfahren entwickelt, medizinische Bauteile zu drucken. Was ist daran neu?

Tassilo Moritz: Die Besonderheit liegt in der Materialklasse. Der 3D-Druck ist kommerzialisiert für Polymere und metallische Komponenten. Wir arbeiten mit Keramiken und dort sieht es ganz anders aus. Bislang ist nur ein Fertigungsverfahren für dichte keramische Bauteile kommerzialisiert, das ist die lithografiebasierte keramische Fertigung. Unsere Methode, die wir gegenwärtig entwickeln, ist jedoch der thermoplastische 3D-Druck. Wir setzen also auf eine suspensionsbasierte additive Fertigung für Keramikbauteile. Suspensionsbasierte Fertigung hat den Vorteil, dass, im Gegensatz zu einem Pulverbett, in einer Suspension die Partikeldichte wesentlich homogener ist. Mit diesem Verfahren erhalten wir sehr dichte Bauteile, wir sprechen von einer Dichte größer 99 Prozent.

In welchem Bereich der Medizintechnik lässt sich das Verfahren besonders gut einsetzen?

Moritz: Denkbar sind personalisierte, passgenaue Implantate zum Beispiel für Kniegelenke, aber auch für Implantate im Kieferbereich. Man kann auch medizinische Instrumente damit fertigen. So haben wir zum Beispiel im EU-Projekt „CerAMfacturing“ damit begonnen personalisierte mikrochirurgische Bauteile wie Greifer und Zangen aus Keramik herzustellen, die in der Schlüssellochchirurgie eine Rolle spielen. Operateure wünschen sich oftmals angepasste Instrumente, um besonderen physischen Gegebenheiten bei den Patienten gerecht zu werden. Natürlich kann man auch über personalisierte Griffe für den Chirurgen nachdenken, die das OP-Instrument besonders gut in der Hand liegen lassen.

Foto: Schnitt durch einen mit 3D-Druck gefertigten Mikroreaktor

Schnitt durch einen additiv gefertigten keramischen Mikroreaktor: Die komplexe Kanalführung sowie die fluidischen Anschlüsse am oberen Ende wurden mit dem Bauteil ausgedruckt; © Foto Fraunhofer

Sie haben mithilfe Additiver Fertigungstechnik auch einen Mikroreaktor gedruckt. Worum handelt es sich dabei genau?

Moritz: Die Mikroreaktionstechnik bietet den Vorteil, dass man mit sehr teuren oder gefährlichen Chemikalien in einem ganz geringen Maßstab, wir sprechen vom Mikroliterbereich, arbeiten kann. Das bietet im Bereich von Forschung und Entwicklung ganz neue Möglichkeiten. Unsere Vorstellung geht aber dahin, dass man zum Beispiel am Patientenbett mithilfe eines Mikromischers einen auf den Patienten zugeschnittenen Arzneimittelcocktail verabreichen kann, der durch den Patienten selbst „gesteuert“ wird. Das heißt, dass Werte wie Blutdruck, Blutzucker oder Herzfrequenz gemessen werden, um zum Beispiel, wenn es nötig wird, ein entsprechendes Medikament automatisch verabreichen zu können. Dies würde dann entsprechend der Messdaten im Mikromischer gemischt werden.

Foto: Kniegelenke

Die Kondylen der Kniegelenke können genau nach Vorbild ausgedruckt werden. So entstehen personalisierte Endoprothesen; © Foto Fraunhofer

Man könnte also, auf den Augenblickszustand des Patienten zugeschnitten, den für ihn passenden Medikamentencocktail erstellen. Der Vorteil in einem solchen keramischen System liegt darin, dass auch chemisch stark aggressive Mittel darin eingefüllt werden können und das Bauteil sterilisierbar ist. Es ist kein Problem, das Bauteil nach Gebrauch bei 400 °C in den Ofen zu setzen, um es im Anschluss wieder zu verwenden. Darüber hinaus ist es sehr klein, etwa so groß wie ein Zwei-Euro-Stück. Generell sind keramische Mikroreaktoren oder -mischer für die unterschiedlichsten fluidbasierten chemischen Reaktionen einsetzbar.

Wie große oder wie klein können Sie derzeit drucken?

Moritz: Die Größenbeschränkung liegt derzeitig in der Größe des Bauraums. Bei der thermoplastischen additiven Fertigung sprechen wir derzeit von einer Bauraumgröße von etwa 20 mal 20 mal 10 bis 20 Zentimeter. Bei der minimalen Auflösung erreichen wir etwa 300 Mikrometer.

Foto: Simone Ernst; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview wurde geführt von Simone Ernst.
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