3D-Druck im medizinischen Prototyping
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Martin.Mu

Experte für Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing

Spezialisiert auf CNC-Bearbeitung, 3D-Druck, Urethanguss, Rapid Tooling, Spritzguss, Metallguss, Blech und Extrusion.

Der ultimative Leitfaden zum 3D-Druck im medizinischen Prototyping

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Der 3D-Druck bietet zahlreiche Lösungen für die Entwicklung medizinischer Geräte, da sich der Bereich im Laufe der Zeit weiterentwickelt. Der 3D-Druck hat der Gesundheitsbranche dabei geholfen, wichtige medizinische Werkzeuge und Geräte relativ kostengünstig und zeitsparend auf den Markt zu bringen.

In diesem Leitfaden unten erfahren Sie, wie der 3D-Druck zur Weiterentwicklung der Medizinbranche beigetragen hat und wie er sich dabei als hilfreich erweist medizinisches Prototyping. Lesen wir also weiter unten.

3d Drucken, Auch als additive Fertigung bekannt, hilft sie bei der Herstellung eines massiven Objekts mit drei Dimensionen. Bei diesem Verfahren werden Schichten des Materials nacheinander aufgetragen, um ein Objekt zu erzeugen. Es wird beobachtet, dass diese Schichten einen fein geschnittenen Querschnitt des hergestellten Objekts aufweisen.

Der 3D-Druck ist das Gegenstück zur subtraktiven Fertigung, bei der das Material geschnitten wird. Stattdessen entfällt beim 3D-Druck das Schneiden und Mahlen geschehen; Vielmehr wird das Material Schicht für Schicht hinzugefügt, um das gewünschte Ziel zu erreichen.

Der 3D-Druck ermöglicht die Erstellung von Formen mit komplexen Texturen und ist im Vergleich zu anderen Methoden besser geeignet, da weniger Material verbraucht wird.

3D Printing

1.1 Kunststoff-3D-Druck

Der Kunststoff-3D-Druck ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Herstellung von 3D-gedruckten Objekten. Diese Technik hilft, Produkte im medizinischen Bereich einfach und kostengünstig herzustellen. Solche Teile können auch maschinell bearbeitet werden, es wird jedoch bevorzugt, sie im 3D-Druck herstellen zu lassen.

Die verschiedenen Arten von Kunststoffen, die im Kunststoff-3D-Druck verwendet werden, umfassen ABS, PLA, Nylon, TPU, PETG, HIPS, PVA usw. Jede Art von Kunststoff hat ihre eigene Qualität und Eigenschaften. Einige sind flexibel, andere verschleißfest und andere wasserdicht.

Kunststoff-3D-Druck

Der Kunststoff-3D-Druck bietet auf Verbraucherebene eine geringere Genauigkeit. Durch dieses Verfahren können jedoch grundlegende medizinische Geräte mit einfachem Design hergestellt werden.

Auch medizinische Geräte, die höheren Belastungen ausgesetzt sind, werden in der Regel nicht mit dieser Technik des 3D-Drucks hergestellt, da bei ihnen häufig Hohlräume zwischen den Kunststoffschichten auftreten.

Beim SLS handelt es sich jedoch auch um ein 3D-Druckverfahren, bei dem komplexe geometrische Geräte aus Kunststoff hergestellt werden können. Diese Methode eignet sich hervorragend für Hinterschnitte und Innenstrukturen mit geringeren Wandstärken. Die Verarbeitung ist rau, aber die Schichtlinien sind noch nicht sehr gut sichtbar.

Zu den im SLS-3D-Druck hergestellten medizinischen Geräten gehören aufgrund ihrer Flexibilität und Schlagfestigkeit Nylon 11 und 12 sowie TPU.

1.2 Harz-3D-Druck

Der Harz-3D-Druck, auch bekannt als SLA-3D-Druck, kann die genauesten Teile mit hoher Genauigkeit und Auflösung herstellen. Die durch den Harz-3D-Druck erzeugte Oberfläche ist im Vergleich zu den anderen 3D-Druckarten die glatteste.

Daher ist der 3D-Druck aus Harz für die meisten medizinischen Geräte äußerst erfolgreich, da es in Bezug auf Genauigkeit und Perfektion keinen Raum für medizinische Nachlässigkeit gibt.

Medizinische Geräte, die enge Toleranzen und glatte Oberflächen erfordern, werden normalerweise im 3D-Druck hergestellt. Es ist ein ideales Verfahren zur Herstellung der Funktionsteile, die nach dem Drucken poliert werden können.

Die Ausrichtung der chemischen Bindung zwischen den Schichten der hergestellten Teile ist sehr konsistent; Daher ist auch die Stärke dieser Geräte lobenswert. Daher werden in der Medizin verwendete medizinische Vorrichtungen und Funktionsprototypen üblicherweise aus Harz hergestellt.

Medizinische und zahnmedizinische Harze werden typischerweise für medizinische Geräte verwendet, da es sich um biokompatible Harze handelt, aus denen sich zahlreiche zahnmedizinische und medizinische Geräte herstellen lassen. Die am häufigsten hergestellten medizinischen Geräte sind Zahnprothesen, Bohrschablonen und Prothesen.

1.3 Metall-3D-Druck

Der Metall-3D-Druck ist ebenfalls eine der gängigen Formen des 3D-Drucks, die auf unterschiedlichen Methoden basiert. Bei den Metall-FDM-Druckern handelt es sich um traditionelle Drucker, die zum Drucken Metallstäbe verwenden.

Andererseits sind SLM und DMLS auch zwei Arten von 3D-Druckern, die mit SLS identisch sind, aber sie verwenden Metallkräfte, die Schicht für Schicht verschmolzen werden, um den erforderlichen medizinischen Prototyp zu erstellen.

Metall 3D-Druck

Die SLS- und DMLS-3D-Drucker können hochpräzise, ​​festigkeitsorientierte und sogar für komplexe medizinische Teile geeignete Teile erstellen. Daher eignen sie sich hervorragend für medizinische Anwendungen.

Aufgrund ihrer Haltbarkeit, Kratzfestigkeit und anderen Widerstandseigenschaften werden als Metallpulver Titan, Aluminium, Edelstahl und Werkzeugstahl verwendet.

1.4 Farb-3D-Druck

Durch den Einsatz des Farb-3D-Drucks können mehrfarbige Teile hergestellt werden. Diese Art des Druckens wird mit Farbstrahldruckern durchgeführt und das Objekt wird durch Drucken Schicht für Schicht hergestellt.

Medizin-3D-Druck

Auch mehrere farbige medizinische Geräte werden dieser Art des Druckens als additives Fertigungsverfahren unterzogen; Es ist sehr wirtschaftlich und trägt zur Abfallreduzierung bei.

2. Vorteile des 3D-Drucks

Es gibt zahlreiche Vorteile des 3D-Drucks für jede Anwendung, und auch in der Medizinbranche erweisen sich die 3D-Drucktechniken als äußerst hilfreich, und einige der gemeinsamen Vorteile sind wie folgt:

Flexibilität im Design

Der 3D-Druck ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine der flexibelsten Drucktechniken. Der 3D-Druck ermöglicht die Erstellung flexibler Designs mit mehreren Materialoptionen. In der Medizin gibt es verschiedene Arten von Medizinprodukten, von denen jede ihre eigenen Anforderungen hat. Aufgrund der Vielseitigkeit dieser Methode ist die Herstellung dieser Medizinprodukte einfacher.

Vorteile des 3D-Drucks

Der 3D-Druck ist ein Prozess, der innerhalb weniger Stunden durchgeführt werden kann. Wenn also ein medizinisches Gerät benötigt wird, kann das Teil sofort hergestellt werden. Die maschinelle Bearbeitung ist immer noch zeitaufwändig und teuer, wohingegen der 3D-Druck eine der schnellsten Methoden ist.

Hilft, Überbestände zu vermeiden

Der 3D-Druck funktioniert mit der Methode „Print on Demand“, d. h. es ist nicht nötig, einen Vorrat an medizinischen Geräten anzuhäufen, sondern diese können innerhalb kürzester Zeit hergestellt werden. Durch weniger übermäßige Lagerbestände kann viel Platz gespart werden.

Festigkeitsorientierte und leichte Teile

Der 3D-Druck ist dafür bekannt, hochwertige Teile für verschiedene Anwendungen herzustellen. Es eignet sich hervorragend für den medizinischen Bereich, da es zur Herstellung der meisten medizinischen Geräte beitragen kann, die eine ausreichende Festigkeit erfordern und dennoch ein geringes Gewicht haben.

3.Oberflächenbehandlung von 3D-gedruckten Teilen

3D-gedruckte Teile benötigen nach der Herstellung auch eine zusätzliche Oberflächenbehandlung für eine glattere Oberfläche, abhängig vom Layout des Objekts und der Art des Materials, aus dem es hergestellt wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Oberflächenbehandlung dieser Teile durchzuführen. Einige davon sind wie folgt:

Schleifen

Schleifen ist eine sehr beliebte Methode, mit der 3D-gedruckte Teile fertiggestellt werden können. Dabei handelt es sich um einen der grundlegenden Prozesse, bei dem Schleifpapier an einer rauen Oberfläche des Objekts gerieben wird. Wenn das Objekt Unebenheiten und scharfe Ecken aufweist, können diese geglättet werden.

Die Schleiftechnik ist sehr kostengünstig und für die meisten Materialien geeignet. Das Schleifpapier gibt es in mehreren Größen, die je nach Objektgröße ausgewählt werden können.

Maschinenbearbeitung

Der 3D-Druck kann außerdem mit einer CNC-Bearbeitung ausgestattet werden. Sobald das Objekt im 3D-Druck hergestellt wurde, kann es durch CNC-Bearbeitung fertiggestellt werden. Um eine feine Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen, kann das Objekt bearbeitet und geschliffen werden.

Diese Oberflächenbehandlungsmethode eignet sich ideal für Objekte, die eine enge Toleranz erfordern und tiefe und für die Endbearbeitung schwer zugängliche Bereiche erreichen können.

Oberflächenbehandlung von 3D-gedruckten Teilen

Perlenstrahlen

Eine der beliebtesten Methoden zur Oberflächenveredelung ist der 3D-Druck. Bei diesem Verfahren werden Kunststoff- oder Glasperlen verwendet, die beim Auftreffen auf die raue Oberfläche diese glätten und alle Unebenheiten glätten.

Im Vergleich zum Schleifen ist das Kugelstrahlen eine schnelle Methode und hilft daher, unzugängliche Stellen zu glätten.

Überzug

Beim Plattieren wird eine dünne Metallschicht auf die Oberfläche des Objekts aufgetragen, die durch 3D-Druck mithilfe eines elektrischen Schaltkreises hergestellt wird.

Die Entscheidung für diese Methode der Oberflächenbehandlung bietet mehrere Vorteile. Es trägt dazu bei, die Materialeigenschaften des Objekts zu verbessern, da die Kunststoffteile anfällig für Brüche sind, und bei entsprechender Beschichtung kann ihre Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit verbessert werden.

Spritzspachtel auftragen

Das Malen ist ein weiterer sehr unkomplizierter Vorgang, der dazu beiträgt, das Erscheinungsbild der Objekte im Handumdrehen zu verbessern. Es hilft, die Oberfläche zu glätten und die Lücken zu füllen, und in gewissem Maße hilft es sogar beim Versiegelungsprozess des Objekts.

4.Der Markt für 3D-Druck im Gesundheitswesen

Der Markt für 3D-Druck im Gesundheitswesen wächst stetig. Der technologische Fortschritt hat dazu geführt, dass der medizinische Sektor in Forschung und Entwicklung investiert. Mit der wachsenden Patientenzahl treiben auch die biomedizinischen Anwendungen das Marktwachstum des 3D-Drucks voran.

Im Jahr 2020 erfolgt die Bewertung von die Marktgröße des 3D-Drucks im Gesundheitswesen Sektor betrug 1036.58 Millionen US-Dollar. Es wird jedoch erwartet, dass er im Jahr 5,846.74 2030 US-Dollar erreicht, was zu einem Anstieg der CAGR von 20.10 Prozent von 2021 bis 2030 führt.

3D-Druck im Gesundheitswesen

5. Materialien für den 3D-Druck medizinischer Prototypen?

Beim 3D-Druck werden beim medizinischen Prototyping unterschiedliche Materialien verwendet. Einige dieser Materialien werden im Folgenden erläutert:

Polymilchsäure

PLA ist eine Kunststoffform, die beim FDM-3D-Druck sehr beliebt ist. Es ist erschwinglich, beim Drucken sehr einfach zu verarbeiten und biologisch abbaubar. Mithilfe von PLA- und 3D-Druckern wurden während der COVID-19-Krise sogar funktionierende Beatmungsgeräte entwickelt, um medizinische Fachkräfte und Ingenieure bei der Behandlung von Patienten zu unterstützen. Es wird auch in vielen orthopädischen Geräten wie Platten, Fixierungsstiften, Schrauben und Knochengerüsten verwendet.

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

ABS ist auch eine Kunststoffform, die im 3D-Druck verwendet wird. Dabei handelt es sich um ein sehr leichtes und festes Material, das in flüssiger Form geschmolzen werden kann und beim Abkühlen dann fest wird. Im medizinischen Bereich wird es zur Herstellung von Operationsmodellen, Prothesen und orthopädischen Korsetts eingesetzt.

Polyetheretherketon

PEEK ist ein leistungsstarker Thermostat, der chemikalienbeständig ist und über nahtlose mechanische Eigenschaften verfügt. Es wird in vielen Fällen anstelle von Metallen verwendet und hat viele medizinische Anwendungen, darunter Implantate und maßgeschneiderte medizinische Geräte.

Titan

Titan ist eine häufig verwendete Metallart im 3D-Druck und wird im medizinischen Bereich zur Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Gelenkersatz verwendet. Viele Implantate wie Hüft-, Knie- und Wirbelsäulenimplantate werden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Biokompatibilität im 3D-Druck aus Titan hergestellt.

Polyethylenglykol

PEG ist ein Kunststoff, der im 3D-Druck verwendet wird und aufgrund seiner biochemischen Eigenschaften für den medizinischen Bereich geeignet ist. Es wird zur Herstellung von Knorpel-, Knochen- und Gefäßgewebe im 3D-Druck verwendet.

6.Wie funktioniert der 3D-Druck im Medical Prototyping?

Der 3D-Druck funktioniert auf unterschiedliche Weise bei der Entwicklung verschiedener medizinischer Geräte, wenn es um die Herstellung medizinischer Prototypen geht. Einige davon werden im Folgenden erläutert:

6.1 3D-Druck individueller Implantate

Das Drucken individueller Implantate umfasst eine Methode, die für den Prozess des 3D-Drucks befolgt wird und die folgenden Schritte umfasst:

6.2 3D-Druck für die Prototypenerstellung medizinischer Geräte

Der 3D-Druck für die Prototypenerstellung medizinischer Geräte umfasst die folgenden Phasen:

6.3 3D-Druck für kundenspezifische Geräte und Prothesen

Um den 3D-Druck für kundenspezifische Geräte und Prothesen durchzuführen, werden die unten aufgeführten Schritte befolgt:

  • Zunächst werden 3D-Scans erstellt, damit die Anatomie und Anforderungen der Geräte und Prothesen verstanden und Messungen beurteilt werden können.

  • Nach Erhebung der Daten erfolgt die individuelle Anfertigung dieser Prothesen.

  • Sobald das Design fertig ist, werden die biokompatiblen Materialien verwendet und der 3D-Druck für diese Geräte wird Schicht für Schicht durchgeführt.

  • Anschließend werden die hergestellten Geräte einer Prüfung unterzogen und bei Bedarf Änderungen vorgenommen, um die Perfektion ihrer Funktion und Passform sicherzustellen.

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7.Wie erhalte ich 3D-Druckdienste?

Nachdem Sie den obigen Artikel gelesen haben, müssen Sie nun über alles rund um den 3D-Druck im medizinischen Bereich und die relevanten Materialien, die für die Herstellung verwendet werden, Bescheid wissen.

3D-Druckdienstleistungen für die Herstellung medizinischer Geräte sind hochspezialisiert. Die Effizienz und Qualität der medizinischen Geräte lassen keinen Raum für Nachlässigkeit. Daher sollte AN-Prototype Ihre Anlaufstelle sein, wenn Sie den richtigen Dienstleister auswählen.

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