Die additive Fertigung, besser bekannt als 3D-Druck, ist ein Verfahren, bei dem ein physisches 3D-Objekt aus einer digitalen Datei erzeugt wird. Der erste Schritt in diesem Prozess ist die Erstellung eines digitalen 3D-Modells mithilfe einer Modellierungssoftware. Das digitale Modell dient als „Blaupause“ für das gewünschte 3D-Objekt und wird an einen Drucker gesendet, wo die Materialien schichtweise aufgetragen werden, bis ein 3D-Objekt entsteht. Verschiedene Materialien wie Kunststoffe, Metalle und Keramiken werden zur Herstellung einer Vielzahl von Objekten verwendet, darunter Autoteile, Kleidung und sogar Schusswaffen, um nur einige zu nennen. Darüber hinaus können Biomaterialien – sowohl synthetische als auch natürliche – verwendet werden, um Objekte zu schaffen, die biologische Systeme unterstützen. Dem 3D-Druck scheinen keine Grenzen gesetzt zu sein.
In den letzten zehn Jahren haben die Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie die Art und Weise, wie Produkte entworfen, entwickelt und hergestellt werden, verändert. Große Unternehmen können in kurzer Zeit kostengünstige, maßstabsgetreue Modelle von Produkten erstellen, ein Verfahren, das als Rapid Prototyping bekannt ist. Im Jahr 2014 konnten Ingenieure der Universität Aachen mit Hilfe von 3D-Drucktechniken in nur 12 Monaten ein Elektroauto herstellen und testen – etwas, das mit den derzeitigen Fertigungsmethoden nicht möglich wäre.
Am bemerkenswertesten sind vielleicht die Anwendungen in der Gesundheitsbranche. Inmitten der aktuellen COVID-19-Pandemie wurden aufgrund der gestiegenen Nachfrage persönliche Schutzausrüstungen (PSA) und Beatmungsgeräte entwickelt und hergestellt, um medizinisches Personal und Patienten zu unterstützen und zu schützen. Da das Gesundheitswesen die am schnellsten wachsende Branche innerhalb des 3D-Drucks sein wird, werden hier einige der aktuellen und geplanten Anwendungen vorgestellt.
Gegenwärtige und zukünftige Anwendungen im Gesundheitswesen
1. Präoperative Planung
Medizinische Bildgebungsverfahren wie Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) werden häufig für die präoperative und präoperative Planung eingesetzt. Bei der alleinigen Anwendung dieser Techniken gibt es jedoch erhebliche Einschränkungen, darunter Schwierigkeiten bei der Visualisierung komplexer Unregelmäßigkeiten und Pathologien. Der 3D-Druck wird in diesem Bereich immer häufiger eingesetzt. Mit Hilfe von Patientenscans können nun 3D-Modelle bestimmter anatomischer Regionen erstellt und Verfahren genau geplant werden. Dies hat mehrere Vorteile: Es wird weniger Zeit im Operationssaal verbracht, der postoperative Aufenthalt wird verkürzt und es treten weniger Komplikationen während der Operation auf. Ein Beispiel für die präoperative Planung ist die Revisionshüftchirurgie. In einer klinischen Studie konnte gezeigt werden, dass sich die Genauigkeit der Diagnosen verbessert und die Größe der für jeden Patienten erforderlichen Implantate genau bestimmt werden kann. Einige Einschränkungen dieser Anwendung bestehen jedoch darin, dass das Personal umfassend geschult werden muss und die Patienten mehrfach gescannt werden müssen, was ihre Strahlenbelastung erhöht.
2. Medizinische Prothesen, z. B. Gliedmaßen, Gelenke
Moderne Drucktechnologie erleichtert die Herstellung von maßgeschneiderten Prothesen und Orthesen für Menschen mit Behinderungen und hilft bei der Rehabilitation von Verletzten. Diese Hilfsmittel sind speziell auf die geometrische Anatomie des Einzelnen zugeschnitten und bieten eine bequeme Passform und eine verbesserte Lebensqualität. 3D-gedruckte Prothesen können außerdem in einem Bruchteil der Zeit hergestellt werden, die herkömmliche Methoden benötigen. Die zunehmende Verfügbarkeit des 3D-Drucks hat zu einer explosionsartigen Zunahme von Unternehmen geführt, die diese Technik einsetzen, um Hilfsmittel für Menschen mit Behinderungen und medizinischen Problemen zu entwickeln.