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Generative Fertigungssysteme für den medizinischen Anwendungsbereich

 

Lithoz Ihr verlässlicher Partner in der Medizin

Wenn es um die Gesundheit von Menschen geht, sind starke und kompetente Partner von besonderer Bedeutung. Lithoz verfügt über eine hohe Fachkompetenz und ein breites Spektrum an Produkten und Dienstleistungen, die sich speziell für die Schaffung von Innovationen und patientenspezifischen Produkten im Bereich der Medizin eignen. Wir bieten Ärzten, Forschern und Herstellern von Medizinprodukten individuelle Lösungen entlang der gesamten Prozesskette der additiven Fertigung von Keramik.

 

Alles Keramik vom patientenspezifischen Implantat bis zum Operationsbesteck

Im Gegensatz zu im medizinischen Bereich etablierten Materialien wie Metallen oder Polymeren, bieten bioinerte oder bioresorbierbare Keramiken Eigenschaften, die im medizinischen Sektor eine Vielzahl von neuen Anwendungen ermöglichen. Durch Anwendung des LCM-Verfahrens können hochkomplexe Gitterstrukturen, Hinterschneidungen und Kanäle mit Größen hinunter bis zu 100 µm realisiert werden. Beschränkungen aus dem Bereich der konventionellen Fertigungstechnik fallen größtenteils weg. Diese Designfreiheit erlaubt die Entwicklung und Produktion von Komponenten für medizinische Geräte, chirurgische Instrumente und patientenspezifische Implantate. Das werkzeuglose Formgebungsverfahren LCM ermöglicht in einem chargen-orientierten Prozess die Herstellung von individualisierten Komponenten mit der Möglichkeit der Serienfertigung.

 

Biokeramische Materialien eignen sich durch ihre Materialeigenschaften hervorragend für medizinische Applikationen

  •  hohe mechanische Festigkeit und Abnützungsbeständigkeit
  • geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit
  • bioinert oder bioresorbierbar
  • keine herauslösbaren Bestandteile (trifft nicht auf bioresorbierbare Materialien zu)
  • keine Störung von CT und MRT-Bildgebung
  • nicht allergen
  • korrosionsbeständig
  • leicht zu sterilisieren
 

LCM-Technologie für die Medizintechnik

Das LCM- Verfahren ist Ihre erste Wahl, wenn es darum geht, reproduzierbare fehler- und rissfreie Komponenten mit exzellenter Oberflächenqualität herzustellen. Es erlaubt die Produktion hochkomplexer und feinporiger Gitterstrukturen bis zu einer Feature-Größe von 100 μm. Iterationen und Designanpassungen können schnell und digital an einer CAD-Datei durchgeführt werden, dadurch eignet sich das Verfahren für eine kosteneffektive Herstellung individueller Komponenten und Produktionsserien unterschiedlichster Losgröße (von der Prototypenentwicklung bis zur Serienproduktion).

 

Biokeramische Materialien für den medizinischen Anwendungsbereich

Lithoz bietet seinen Kunden eine Reihe von Materialien, die sich speziell für die additive Fertigung von Medizinprodukten eignen:

  • Aluminiumoxid
  • Zirkoniumoxid
  • Siliciumnitrid
  • Tricalciumphosphat

 

Der Erfolg von Lithoz liegt in unserer innovativen Art der Problemlösung und unserem Bekenntnis, die Produkte stets weiter zu entwickeln und zu verbessern. Wir stellen ein offenes System zur Verfügung, das eine Vielzahl von auf den Kunden maßgeschneiderten Materialien verarbeiten kann. Durch unser Engagement in zahlreichen nationalen und internationalen Forschungsprojekten konnte Lithoz eine hohe Materialkompetenz aufbauen. Die folgenden Materialien sind dabei für den biomedizinischen Anwendungsbereich besonders interessant:

  • Hydroxylapatit
  • Bioabbaubare Photopolymere
  • Porzellan
  • Bioactive glass (z.B. Bioglass)
  • Cermets (Verbundwerkstoffe aus Keramik und Metall)
  • Präkeramische Polymere

 

Mehr Informationen zu unseren medizinischen Materialien finden Sie hier.

 

Medizinische Einsatzbereiche für 3D-gedruckte Keramiken

HOCHLEISTUNGSKERAMIKEN FÜR MEDIZINISCHE GERÄTE

Best Practice Example: Pneumatische Herz-Katheter-Pumpe (Material: Aluminiumoxid)

Diese intrakardiale Pumpe versorgt das Herz mit Blut nach einem Herzinfarkt oder einer Herzoperation. Entwickelt von der TU Wien und der Medizinuniversität Wien, hergestellt von Lithoz, ist sie aus bioniertem Aluminiumoxid. Das Material zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit und Abnutzungsbeständigkeit sowie sehr geringe Oberflächenrauheit (Ra = 0,4 µm) aus. Dadurch kann die Entstehung von Blutgerinnseln erfolgreich verhindert werden. Diese Pumpe wird mit Helium angetrieben und gewährleistet die Blutversorgung in der Heilungsphase ohne elektrischen Strom.

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Bioinerte Hochleistungskeramiken erlauben die Herstellung von Komponenten für medizinische Geräte, die eine perfekte Oberflächenqualität sowie höchste Genauigkeit benötigen. Mit diesen Materialien können beispielsweise die Zellinteraktion an Bauteilen mit direktem Blutkontakt minimiert und eine Thrombusbildung (Blutgerinnung) verhindert werden.

BIORESORBIERBARE PATIENTENSPEZIFISCHE IMPLANTATE

Practice Example: Schädelimplantat (Material: Tricalciumphosphat)

Inspiriert durch die äußeren dichten kortikalen und die hochporösen trabekulären Knochenstrukturen im menschlichen Schädelknochen, wird dieses Implantat für den Knochenersatz von Teilen des Schädels verwendet. Dies wird zum Beispiel nach Schädel-Hirn-Traumata nach Druckentlastungsoperationen (Trepanation) notwendig. Größe und Form der verbundenen Poren können beliebig gewählt werden, wodurch eine definierte, offene Porosität des Bauteils gewährleistet wird. Durch die Kombination eines resorbierbaren Materials und einer Geometrie mit definierter Makroporosität kann ein Einwachsen der Zellen und damit einhergehend sowohl Gefäßneubildung als auch die Knochenregeneration erreicht werden.

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Tricalciumphosphat (TCP) oder Hydroxyapatit (HA) sind Materialien, die aufgrund der Ähnlichkeit mit dem mineralischen Anteil des menschlichen Knochengewebes und ihrer bioresorbierbaren Eigenschaften gerne für Implantate verwendet werden. TCP und HA sind ideal, um bionische Designs, feine Kanäle und patientenspezifische Implantate mit fein definierten zellulären Porenstrukturen zu realisieren. Es kann als bioresorbierbarer Knochenersatzstoff eingesetzt werden, da es vor allem in Verbindung mit Wachstumsfaktoren das Knochenwachstum induziert und während des Heilungsprozesses vom Körper resorbiert wird.

DAUERHAFTE PATIENTEN-SPEZIFISCHE IMPLANTATE

Best Practice Example: Osteosyntheseplatten (Material: Siliciumnitrid)

Osteosyntheseplatten werden für die chirurgische Versorgung von Knochenbrüchen genutzt, um beide Kochenenden in ihre natürliche Position zurückzubringen. Dadurch wird gleichzeitig auch eine Ruhigstellung der Fraktur während der Heilungsphase erreicht. Siliciumnitrid bietet hervorragende antimikrobielle Eigenschaften, während das Einwachsen von Knochen gleichzeitig gefördert wird. Mittels des LCM-Prozesses können daraus komplexe Strukturen beinahe ohne Einschränkung hergestellt werden. Patientenspezifische Osteosyntheseplatten reduzieren durch die optimale Passform den Aufwand für die Anpassung der Platten an den Patienten während der Operation und verkürzen daher die Operationsdauer. Aufgrund der kürzeren Narkose wird das Patientenrisiko reduziert und wegen der kürzeren Belegungsdauer im Operationssaal die Kosten verringert.

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Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumnitrid bieten ein enormes Potential im medizinischen Anwendungsbereich. Aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften (beispielsweise hohe mechanische Festigkeit und Abnutzungsbeständigkeit) werden diese Materialien im menschlichen Körper für dauerhafte Implantate eingesetzt. Sie weisen außerdem eine niedrige Wärme- und elektrische Leitfähigkeit auf, sind nicht allergen und verursachen im Gegensatz zu Metallen keine Probleme bei der bildgebenden Diagnostik (CT, MRT, Röntgen).

SCAFFOLDS

Best practice example: Offenporöses Zellscaffold (Material: Tricalciumphosphat)

Additive Fertigung ist eine hervorragende Möglichkeit um keramische Scaffolds zu produzieren, welche der komplexen Struktur von trabekulären Knochen nachempfunden sind. Dadurch können Scaffolds geschaffen werden, die leicht und trotzdem mechanisch belastbar sind, während sie gleichzeitig das Einwachsen von Knochen- und Blutgefäßzellen ermöglichen. Durch die Versorgung mit Blutgefäßen wird der Heilungsprozess beschleunigt – Nährstoffe können zu den neuen Zellen gelangen und Stoffwechselprodukte entfernt und ausgeschieden werden. Mittels LCM können Sie Implantate mit hochpräziser und reproduzierbarer Makroporosität erzeugen und diese mit einer definierten Oberflächentextur versehen, wodurch die Zelladhäsion der Osteoblasten verbessert werden kann.

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Mittels der LCM-Technologie ist die Herstellung von optimierten Gitterstrukturen (Scaffolds) aus Keramik möglich. Solche Gitterstrukturen mit einer definierten Form und Porengröße, werden beispielsweise zur Versorgung von kritisch großen Knochendefekten, welche häufig nach schweren Traumata oder Tumorentfernungen entstehen, genutzt. Diese bioresorbierbaren Implantate werden während der Heilung vom Körper abgebaut und durch körpereigene Knochen ersetzt. Für Entwicklung von hochfunktionellen Scaffolds mit optimierter Osteokonduktivität ist es sehr wichtig, das Porendesign entsprechend anpassen zu können.


Haben wir Ihr Interesse geweckt?

 

Möchten Sie mehr über unsere Produkte und Services für den Bereich Medizintechnik erfahren? Dr. Daniel Bomze, unser Inhousespezialist für diesen Bereich, beantwortet gerne Ihre Fragen und unterstützt Sie bei Ihren Anliegen.

+43 1 934 66 12 - 219 / dbomze@lithoz.com