3D-Druck von Kunststoff-Medizinprodukten

Das Additive Manufacturing gewinnt im Bereich der Medizintechnik zur Herstellung von Prototypen bis hin zu Endprodukten zunehmend an Bedeutung. Ein großes Hemmnis stellen allerdings die relativ hohen Fertigungskosten dar. Hier bietet der verstärkte Einsatz der 3D-Drucktechnologie (3D Printing) ein erhebliches Potential zur Reduktion der Kosten. Aus dieser Motivation heraus wurde ein 3D-Druckverfahren zur Herstellung biokompatibler, sterilisierbarer Kunststoffmodelle entwickelt. Beim 3D-Druck-Verfahren handelt es sich um einen pulverbasierten Prozess zur schichtweisen Herstellung von Modellen direkt aus Computerdaten. Dabei werden dünne Schichten eines Pulvers auf eine Grundplatte aufgebracht, die dann durch gezielte Binderzugabe entsprechend des aktuellen Bauteilquerschnitts verfestigt werden. Ausgangsmaterial für diesen Prozess ist ein Granulatgemisch auf Basis von PMMA (Polymethylmethacrylat). Als Binderflüssigkeit wird ein Lösungsmittel eingesetzt. Die 3D gedruckten Modelle werden nach einer entsprechenden Trocknungszeit im Pulverbett entpackt und warmgelagert, um das Abdampfen des Lösungsmittels zu beschleunigen. Der Nachweis der Biokompatibilität der hergestellten Modelle erfolgte durch einen Test nach DIN EN ISO 10993-5. In Kooperation mit Anwendern wurden verschiedene Anwendungsbeispiele wie Bohrschablonen, Otoplastiken, Gebissmodelle und Modelle für die präoperative Planung realisiert und charakterisiert.

Additive Manufacturing is of growing importance for the production of medical devices. A major obstacle still represents the relatively high manufacturing costs. The increased use of 3D printing technology offers significant potential in reducing costs. That was the motivation for developing a 3D printing process for fabrication of biocompatible, sterilizable plastic models. 3D printing is a powder based process for layer wise manufacturing of models directly from computer data. Thin layers of a powder are spread on a platform and selectively bonded by printing a binder according to the current cross-section of the part to be built. PMMA (polymethylmethacrylate) is used as the raw-material for 3D-printing of medical devices. A solvent mix is used as binder fluid. The 3D printed models are extracted after appropriate drying time in the powder bed and warm stored, in order to accelerate the evaporation of the solvent. For the proof of biocompatibility, 3D printed models were tested in accordance with DIN EN ISO 10993-5. In cooperation with users, various application examples such as drilling templates, ear molds, denture models and models for preoperative planning have been realized and characterized.