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Medizin

Additive Fertigungsverfahren in der Medizin

Inhaltsverzeichnis

Herausforderungen der Medizinbranche

Vorteile durch Additive Fertigung (AM)

AM - Patienten-spezifische Implantate

AM - Vorteile für Patient und Krankenhaus

AM - Patienten-spezifische Einweginstrumente

AM - Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus

AM - Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen

AM - Serienfertigung Medizinischer Geräte

EOS-Partner

Das Prinzip EOS: das große Ganze in jedem Detail

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Think the impossible. You can get it.

Stand 03/2013. Technische Änderungen vorbehalten. EOS ist nach ISO 9001 zertifiziert.

EOS GmbH Electro Optical SystemsHauptniederlassung Robert-Stirling-Ring 1 D-82152 Krailling bei München Tel.: +49 89 893 36-0 Fax: +49 89 893 36-285

EOS Niederlassungen

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Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280 (Quelle: Within)

Ausgewählte Kunden und Partner

Abb. 1:

Fingerimplantate

(Quelle: Within)

Abb. 2:

Wirbelsäulenimplantate

(Quelle: Within)

Abb. 3:

Stereotaktische Plattform

(Quelle: FHC, Inc.)

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• Individualisierung

Die fertigungstechnische

Umsetzung patienten-individueller

Prothetik kann für den Patienten

eine oft langwierige Anpassungs-

phase bedeuten, um ein optimales

Ergebnis zu erzielen. Dies und

der Wunsch des Patienten nach

einer Personalisierung des Pro-

duktdesigns sind oft mit enormen

(Mehr-)Kosten verbunden.

• KomplexeGeometrien

Freiformstrukturen können mit

konventionellen Produktions-

methoden wie Fräsen, Drehen

oder Gießen nur bedingt herge-

stellt werden. Gleichzeitig wächst

der Wunsch, sich von Erfolgs-

modellen aus der Natur inspirieren

zu lassen und beispielsweise

Implantate nach bionischen

Prinzipien zu fertigen. Ziel ist es,

schnellere Heilungserfolge bei

den Patienten herbeizuführen.

• Funktionsintegration

Medizinische Produkte, die eine

oder mehrere Funktionen erfüllen,

müssen meist nach der Fertigung

in aufwendiger Montagearbeit

zusammengefügt werden. Ziel

in Produktentwicklung und

Fertigung ist es daher, mehrere

Funktionen mit möglichst wenig

Bauteilen abzudecken.

• Kostenreduktion

Innovative Produkte beschleu-

nigen den Heilungserfolg und

entlasten damit Gesundheits-

system und Patienten

gleichermaßen. Je besser ein

Patient versorgt wird, umso

geringer sind die finanziellen

Aufwendungen, die er für

Krankenhausaufenthalt und

Folgetherapie erbringen muss.

• SchnelleVerfügbarkeit

Oft vergehen mehrere Jahre, bis

eine medizinische Innovation

den Patienten direkt erreicht.

Je schneller ein Medizinprodukt

angewendet und eingesetzt

werden kann, umso besser ist es

für den Patienten. Beschleunigten

Produktentwicklungsprozessen

und einer schnellen Fertigung

wird deshalb eine immer höhere

Bedeutung beigemessen.

DerAnspruchderMedizintechnologieistes,dieMobilitätdesMenschenzuerhalten,zuunterstützen

oderwiederherzustellen.BeiderHerstellungvonMedizinproduktensindÄrzteundPatientendabeiinvielen

BereichenaufEinzelanfertigungenoderindividualisierteKleinserienangewiesen.MaterialundVerarbei-

tungderProduktemüssenhohenQualitätsansprüchengenügen.ZudemsollendieErzeugnissemöglichst

schnellverfügbarundnachMöglichkeitkostengünstigsein.


EOS setzt diese Ansprüche in

maßgeschneiderte Lösungen um.

Mit seinem Additiven Fertigungs-

verfahren, zu dem Systeme, Werk-

stoffe und Applikationslösungen

gehören, unterstützt EOS seine

Kunden in allen relevanten Phasen

des Entwicklungs- und Fertigungs-

prozesses.

EOS–weltweitführendin

AdditiverFertigung

Gegründet 1989, ist EOS heute der

globale Technologie- und Innova-

tionsführer im Bereich der Additiven

Fertigung von Kunststoff- und

Metallteilen und Anbieter konstruk-

tionsgetriebener, integrierter

Abb. 4:

Wirbelsäulenimplantate,

Werkstoff: EOS Titanium

Ti64 (Quelle: Within)

Fertigungslösungen für industrielle

Anwendungen. Das von EOS

angebotene generative Fertigungs-

verfahren des Laser-Sinterns

ermöglicht die schnelle, flexible

und kostengünstige Produktion

direkt aus elektronischen 3D-Daten:

Schicht für Schicht und basierend

auf einer Vielzahl von Kunststoff-

und Metall-Werkstoffen.

Als bahnbrechende Technologie

ebnet die Additive Fertigung den

Weg für einen Paradigmenwechsel

in Konstruktion und Fertigung: Sie

ermöglicht die schnelle, kosteneffi-

ziente und hochqualitative Herstel-

lung von medizinischen Geräten in

nahezu beliebig komplexen Formen,

die mit herkömmlichen Verfahren

kaum realisierbar sind. Additive

Fertigung beschleunigt die Produkt-

entwicklung, bietet gestalterische

Freiheiten, optimiert Strukturen und

ermöglicht ein hohes Maß an Funk-

tionsintegration.

Damit eröffnet EOS seinen Kunden

entscheidende Marktvorteile und

bietet ein komplettes Lösungsport-

folio an: Systeme, Anwendungs-

Know-how, Software, Parameter,

Werkstoffe und deren Weiterent-

wicklung sowie umfassende pro-

duktbegleitende Dienstleistungen,

wie beispielsweise Wartung, An-

wendungsberatung und Schulungen.


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Additive Fertigung — Patienten-spezifische Implantate

Die Orthopädie muss sich einer

zentralen Herausforderung stellen:

Jeder menschliche Körper ist anders.

Trotzdem soll ein Implantat im

Idealfall perfekt sitzen, schnell vom

Körper angenommen werden und

damit langfristig die Lebensqualität

für den Patienten erhöhen. Wo es um

individuelle Patientengeschichten

geht, greifen standardisierte

Orthopädielösungen jedoch häufig

zu kurz. Auf der anderen Seite ist

der Kostendruck hoch, verbunden

mit dem Zwang, schnell auf

spezifische oder sich ändernde

Anforderungen reagieren zu können.

Die Orthopädie setzt bei der Herstel-

lung von Implantaten zunehmend

das Additive Fertigungsverfahren

von EOS ein, da dieses eine Reihe

von Vorteilen bietet.

„Wir verwenden Additive Fertigung

seit Jahren für das Design von

Wirbelsäulen-, Hüft- und anderen

Implantaten aus Metall.“

Dr. Siavash Mahdavi, Projektbe-

teiligter und Geschäftsführer von

Within Technologies

Abb. 5: Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280

Animation des

Gitterstrukturaufbaus

(Quelle: Within)

Bitte scannen Sie den

QR-Code mit einer Smart-

Phone-App wie etwa

Scanlife, www.scanlife.com

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Additive Fertigung — Vorteile für Patient und Krankenhaus

VerbessertePatientenversorgung

Mithilfe von Additiver Fertigung

können Gitterstrukturen erzeugt

werden, die den Heilungsprozess

nach dem Einsetzen eines Implan-

tats in den menschlichen Körper

maßgeblich beschleunigen können.

Zudem sorgt eine relativ große und

durch den Herstellungsprozess

definierbare raue Oberfläche für eine

bessere Einheilung des Implantats

und damit ein optimales Verwachsen

des Implantats mit dem Knochen.

Auf Basis von 3D-CAD-Daten können

patienten-individuelle Implantate

erzeugt werden. Die Behandlung

kann damit optimiert, ein Kranken-

hausaufenthalt verkürzt und unan-

genehme Nebenwirkungen für den

Patienten können vermindert werden.

Wirtschaftlichkeitfürdas

Krankenhaus

Den Bedürfnissen von Patient

und Krankenhaus kommen patien-

ten-individuelle Implantate sehr

entgegen. Doch trotz aller Indivi-

dualisierung müssen die Stück-

kosten in einem wirtschaftlichen

Rahmen bleiben. Additive Ferti-

gung ermöglicht die Herstellung

kleiner Stückzahlen zu vernünfti-

gen Preisen. Mit diesem Herstel-

lungsverfahren kann ein hoher

Flexibilitätsgrad erreicht werden,

da die Optimierung und Anpas-

sung eines auf 3D-CAD-Daten

basierenden Implantats sehr

schnell umgesetzt werden können.

Abb. 6:

Fingerimplantate,

Werkstoff:

EOS Titanium Ti64

(Quelle: Within)

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Additive Fertigung — Patienten-spezifische Einweg-Instrumente

Die Chirurgie benötigt Geräte und

Instrumente, die mit einem Höchst-

maß an Präzision gefertigt werden.

Bei komplizierten Eingriffen setzen

Chirurgen zunehmend auf patienten-

spezifische, chirurgische Einweg-

Instrumente, die auf Basis von

3D-CAD-Daten mit generativen

Fertigungsverfahren hergestellt

werden. Die Reaktionszeit auf die

Bedürfnisse der Ärzte ist dabei

oftmals ein entscheidender Faktor,

denn mit Additiver Fertigung kann

die Durchlaufzeit immens verkürzt

werden.

„Der Trend bei medizinischen

Geräten geht hin zu maßge-

schneiderten Lösungen. Die

EOS-Technologie bietet uns die

Möglichkeit, patienten-spezifische

Produkte zu fertigen, dabei die

Kosten zu kontrollieren und

gleichzeitig die Lieferzeiten für

unsere Kunden zu verkürzen.“

Ron Franklin, Chief Technology

Officer bei STarFix™

„Durch den Wechsel zur Additiven

Fertigungstechnologie können

wir Verbesserungspotenziale für

unsere Produkte realisieren. Die

Flexibilität, mit der statt Einheits-

lösungen patienten-spezifische

Produkte gefertigt werden können,

ermöglicht Krankenhäusern, Geld

einzusparen und bessere Ergeb-

nisse für Patienten zu erzielen.“

Fred Haer, CEO von FHC und

Vorstandvorsitzender von STarFix™

Abb. 7:

Stereotaktische

Plattform, STarFix-

Halterung mit zwei

Zielbereichen,

Werkstoff: PA 2200

(Quelle: FHC, Inc.)

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Additive Fertigung — Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus

Operationssituation hin optimiert,

die Funktionalität erhöht werden.

Damit kann der Chirurg präziser

arbeiten und in der Folge auch die

Operationszeit erheblich reduzieren.

Die Gefahr von Fehlern, Komplika-

tionen oder auch Infektionen bei der

Operation wird zudem vermindert.

Wirtschaftlichkeit für das

Krankenhaus

Für konventionell gefertigte In-

strumente fallen üblicherweise

zusätzlich Sterilisations- und

Lagerkosten an, die im Falle von

Einweg-Instrumenten, die mit der

EOS-Technologie hergestellt werden,

erheblich reduziert werden können.

Produktionsseitig können trotz

Individualisierung der Instrumente

eine höhere Produktivität und

niedrigere Stückkosten als bei kon-

ventionell gefertigten Instrumenten

realisiert werden. Der Chirurg erhält

so ein hochqualitatives und präzises

Produkt, das den strengen Maß-

stäben für medizinische Anwen-

dungen gerecht wird.


Ein perfekt auf den Patienten und

die Operationssituation zuge-

schnittenes chirurgisches Instru-

ment sorgt dafür, dass der Patient

weniger Zeit im Operationssaal

verbringen muss und damit auch

die Narkose kürzer ausfallen kann.

Ein Implantat kann mithilfe von

individualisierten Instrumenten

präziser eingesetzt werden, was die

Wahrscheinlichkeit einer weiteren

Operation und langwierigen Rehabi-

litation minimiert. Im Gegensatz zu

Operationen, die mit konventionell

gefertigten, standardisierten

Instrumenten durchgeführt werden,

kann mit patienten-spezifischen

Instrumenten eine Operation oft

minimal-invasiv erfolgen. In der

Summe eine Erleichterung für den

Patienten.

PräzisionfürdenChirurgen

Wird ein speziell auf den Patienten

hergestelltes chirurgisches Instrument

bei einer Operation verwendet, so

bringt dies auch Erleichterungen für

den Chirurgen mit sich: Das Instru-

mentendesign kann auf die spezielle

Abb. 8:

VISIONAIRE™,

Patientenspezifische

Bohrlehre für Knieoperationen,

Werkstoff: PA 2200

(Quelle: Smith & Nephew Inc.)

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Die gesamte Prothese wird in nur

wenigen Teilen hergestellt. Dabei

spielt nicht nur die Funktion der

Teile, sondern auch die Gestaltung

der gesamten Prothese eine Rolle.

Die Prothese soll das Volumen des

gesamten Beines wiedergeben,

dieses jedoch nicht imitieren. Es

entsteht eine ganz neue Ästhetik,

die eine generativ gefertigte

Prothese auszeichnet. Diese kann

mit keinem anderen Verfahren

erreicht werden.

Gewichtsreduktion

So können auf Basis von 3D-

Geometriedaten und unter Einbe-

ziehung bionischer Vorbilder

maßgeschneiderte, funktionelle

und hochtechnisierte Produkte

entwickelt und gefertigt werden.

Durch die Geometriefreiheit des

Produktionsverfahrens lassen sich

beliebig komplexe Geometrien

und innere Strukturen herstellen.

Das spart Gewicht und ist für den

Patienten komfortbel.

WirtschaftlicheFertigung

Das Additive Fertigungsverfahren

von EOS überzeugt durch eine

flexible und schnelle Produktion

und die Bauteile sind mit wenig

Materialaufwand effizient zu

fertigen.

DieVerbindungvonAdditiverFertigungmitOrthopädietechnikliefert

inProthetikundOrthetikverbesserteErgebnisse.EineneueGeneration

derProthesenfertigungwirddurchdieKombinationneuerHerstel-

lungstechnologienmitinnovativenSimulationenerreicht.Dieinder

ProthetikgefordertenISO-NormenkönnengenerativeFertigungs-

technologienaufgrunddergutenMaterialeigenschaftendesKunststoffs

ohneWeitereserfüllen.DieEinhaltunghoherQualitätsstandardsist

somitgesichert.

Abb. 9:

Computerdarstellung

einer Komplettprothese

(Quelle: Gottinger

Orthopädietechnik GmbH,

Fraunhofer IPA)

Additive Fertigung — Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen

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VielemedizinischeGeräteundTeilederLaborausstattungsindnichtnurhochwertigundkomplex,sondern

auchNischenprodukte,dieinKleinserienproduziertwerden.FüreinekonventionelleFertigungsindhäufig

teureWerkzeugeerforderlich,derenWertaufdieProdukteumgelegtwerdenmuss.DieLaser-Sinter

TechnologiehingegenarbeitetwerkzeuglosundermöglichtdeshalbeinewirtschaftlicheHerstellung

vonBauteileninkleinerenSerienbishinzuLosgrößeEins.UnternehmenausderMedizintechnik,wiedie

AndreasHettichGmbH,habendiesehoheRentabilitäterkanntundsetzenmittlerweileaufdasAdditive

Schichtbauverfahren.DerZentrifugenherstellernutztesfürdieProduktentwicklungundProduktionund

konntesonichtnurdenWertseinerProdukteerhöhen,sondernauchdieHerstellungskostensenken.

Typische Produktionsmengen für

diese Zentrifugen belaufen sich

auf zehn bis 1.000 Stück pro Jahr.

Hettich erfand und patentierte

eine neue Form der Zentrifuge, die

das Sedimentieren und Separieren

der Blutkomponenten in einem

Gerät ermöglicht. Der ROTOMAT

besteht aus einem Trommelmotor

mit sechs Behältern und Auffang-

schalen. Die Behälter besitzen eine

aufwendige Geometrie und unter-

liegen hohen Rotationsgeschwindig-

keiten mit Beschleunigungskräften

in Höhe von 1.200-facher Erdbe-

schleunigung. Die konventionelle

Fertigung der Behälterkomponenten

erfolgte über komplexe Werkzeuge

und erforderte eine zeitaufwendige

Montage. Nach einer umfassenden

technischen Evaluierung entschied

sich der Branchenspezialist, seine

Herstellungsmethode für die Zen-

trifugengehäuse zu ändern. Von

jetzt ab wurden die Komponenten

mit der Additiven Fertigungsme-

thode von EOS produziert.

WirtschaftlicheFertigung

Es war nur minimal teurer, das

abgeänderte Bauteil per Laser-

Sintern zu produzieren, sparte

aber die Gesamtkosten für einen

Werkzeug-Satz. Zusätzlich ergaben

sich weitere Kosteneinsparungen

durch reduzierte Montage und

logistische Kosten. Weiterhin kann

Laser-Sintern „auf Anfrage“ ein-

gesetzt werden. Falls notwendig,

können weitere Änderungen in der

Konstruktion oder Produktvarianten

zeitnah und zu minimalen Kosten

implementiert werden. Zum Beispiel

können für unterschiedliche Blut-

beutel unterschiedliche Versionen

angefertigt werden.

Funktionsintegration

Die Produktfunktionalität wurde

verbessert. Aufgrund der nun

werkzeuglosen Herstellung der

Behälter sowie der Möglichkeit,

Funktionen zu integrieren, konnte

ein höherer Produktwert erzielt

werden. Gleichzeitig verringerten

sich die Produktionskosten.

Additive Fertigung — Serienfertigung für Medizinische Geräte

Abb. 10/11: Waschzentrifuge für die Blutgruppenserologie, Serienproduktion mit EOSINT P 380, Werkstoff PA 2200 (Quelle: Hettich)

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WITHIN-

Design-PartnerfürEOS

WITHIN, eine junge, in London

ansässige Design-Beratung hat

spezielle Software-Tools entwickelt,

mit denen die Möglichkeiten der

Additiven Fertigung kontinuierlich

erweitert werden: Das Herzstück

ist eine leistungsfähige Optimie-

rungssoftware, die durch die Natur

inspiriert ist und auf künstlicher

Intelligenz beruht. Mit ihrer Hilfe

wird ein vorgegebenes Design durch

Integration von Gitternetzstrukturen

und Anpassung der Außenflächen

optimiert. So können genau defi-

nierte Anforderungen erfüllt werden:

Bestimmte Regionen können bei-

spielsweise gezielt versteift werden,

während andere Bereiche flexibel

gestaltet sind und insgesamt kann

Gewicht eingespart werden. Das

Bauteil mit integrierter Gitter-

struktur kann dann mit der Laser-

Sinter-Technologie hergestellt

werden. Daher ist die WITHIN-

Software optimal geeignet für

patienten-spezifische Operations-

hilfen und Implantate.

IMDS–

EOS-PartnerimMedizinbereich

IMDS (Innovative Medical Device

Solutions) unterstützt seine Kunden

bei der Vertragserstellung sowie

der umfassenden Entwicklung und

Herstellung von Medizingeräten.

IMDS fokussiert sich auf Innovation

und schnelle Markteinführungen.

IMDS liefert Produkte, die die

Lebensqualität und Pflegestandards

für Patienten erhöhen.

EOS-Partner

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Das industrielle Additive Fertigungs-

verfahren von EOS ebnet den Weg

hin zu einer verbesserten patienten-

individuellen Versorgung. Für die

beste Lösung Ihrer individuellen

Anforderungen bietet Ihnen EOS weit

mehr als die notwendigen Materialien

und Systeme für den Fertigungs-

prozess. Mit einem hohen Markt-

verständnis und dem Wissen um die

spezifischen Entwicklungsabläufe

der Medizinbranche arbeitet EOS

mit einem starken Partner-Netzwerk.

Das Ergebnis: EOS berät und begleitet

Sie zuverlässig und umfassend über

den gesamten Entwicklungs- und

Produktionsprozess hinweg, egal, ob

Prototypenbau oder Serienfertigung.

Das garantiert Ihnen einen sicheren,

vielfach erprobten und hochquali-

tativen Herstellungsprozess.

Siesindeinzigartig

Die EOS-Technologie ermöglicht

Ihnen einen kostengünstigen Ferti-

gungsprozess bereits ab Losgröße

Eins. Testreihen, Prototypen und

patienten-individuelle Einzelstücke

können damit profitabel umgesetzt

werden.

Siesindfrei

Anders als bei konventionellen

Fertigungslösungen ist die Her-

stellbarkeit von Konstruktionen

keine Frage mehr. So können Sie

sich ganz auf innovative Funktiona-

litäten konzentrieren, und dies

nahezu unabhängig von Prozess-

grenzen.


EOS-Systeme sind in der Lage, Medizinprodukte herzustellen. EOS kann jedoch

keine Gewähr übernehmen, dass diese Produkte allen Anforderungen genügen.

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Medizin

Additive Fertigungsverfahren in der Medizin

Inhaltsverzeichnis



AM - Patienten-spezifische Implantate

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