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Back to School – Generative Fertigungsverfahren finden den Weg in die Beinprothetik

Komplexe Geometrien, innere Strukturen, schnelle und flexible Produktion von Einzelteilen bei geringem Materialverbrauch: das sind Stärken von generativen Fertigungsverfahren. Diese Vorteile der generativen Fertigungsverfahren kommen besonders in vielen Bereichen der Medizintechnik zum Tragen, in denen individuelle Anfertigungen keine Seltenheit sind. Ein solcher Bereich ist unteranderem auch die Prothetik. In Verbindung mit generativen Fertigungsverfahren eröffnen sich für diesen Bereich neue Wege. [1] [2]

Generative Fertigungsverfahren im Prothesenbau

Beim Eintippen der Schlagwörter 3D-Druck und Prothese in eine Internetsuchmaschine stehen Videos und Erfahrungsberichte von selbstgebauten Handprothesen in der Trefferliste ganz oben. Das Modell für die Robohand zum Selber-3D-Drucken steht auf der Internetseite von Thingiverse zur Verfügung. Die einfache Prothese aus orthopädischem Polyethylen ist eine kostengünstige Alternative zu den teuren Prothesen – besonders für Kinder, die im Wachstum sind. Nach dem Chirurg Charles Goldfarb ist die Robohand ein Beispiel, wie individuelle Anpassung durch 3D-Druck vereinfacht werden kann. Mit Blick auf die Zukunft hofft er, dass dieses System vielleicht auch mit Hightech-Prothesen zusammenzuführen ist. [3] [4] Neben der Robohand folgt nun auch ein erster Prototyp für eine Beinprothese. Abgesehen von Metallteilen und pneumatischen Pumpen sind die Teile des sogenannten Roboleg ebenfalls mit dem 3D-Drucker gefertigt. [5]

Auch das Fraunhofer IPA und Gottinger Orthopädietechnik GmbH in Deutschland forschen an der Herstellung von Beinprothesen mittels generativen Fertigungsverfahren. Durch die neue Fertigungstechnologie wäre es möglich, Prothesenfuß und Prothesenschaft speziell auf individuelle Patientenanforderungen wie Körpergewicht, Fußgröße und Laufstil beziehungsweise Volumenschwankungen oder Druckentlastungen anzupassen. Auf der OTWorld Messe 2014 in Leipzig konnten die Besucher auch eine komplett lasergesinterte Badeprothese bestaunen. Bei Komplettprothesen werden Verbindungsteile und Adapter ersetzt und beispielsweise Kniegelenke direkt mitgedruckt. Für die Fertigung von Prothesen eignet sich vor allem der Kunststoff Polyamid 12. [1] [2] [6]

Ein Beispiel für die Verwendung von metallischem Material bei generativen Fertigungsverfahren in der Beinprothetik ist die Kletterprothese vom Kalifornier C.J.Howard. Der unterschenkelamputierte Sportler entwickelte mit der Luft- und Raumfahrtingenieurin Mandy Ott eine individuelle Fußprothese, da der Kletterschuh nicht auf die herkömmliche Form seiner Prothese passte. In Zusammenarbeit mit dem 3D-Druck-Dienstleister Morris Technologies wurde die Prothese mittels eines Systems von EOS aus Titan (TI64) gefertigt. Die Entscheidung für die Fertigungstechnologie Direktes Metall-Laser-Sintern lieferte den Vorteil, dass keine Nähte, Schrauben oder Muttern für die Herstellung nötig waren. [7] [8]

Generative Fertigungsverfahren im Prothesendesign3d-druck-prothese-cover-frauen

Neben der Funktion tritt auch die Ästhetik von Prothesen immer mehr in den Fokus. Durch die Herstellung von Prothesen mit generativen Fertigungsverfahren ist es möglich, ganz neue Designansätze zu realisieren und Kundenwünsche zu integrieren. [2]

Das Unternehmen Bespoke Innovations (3D Systems) bietet individuell-gefertigte Abdeckungen an, die an der Prothese angebracht werden. Auf Basis von 3D-Scans des gesunden Körperteils werden die individuellen Abdeckungen mittels Laser Sintering gefertigt. [9]

Das spanische Unternehmen UNYQ hat sich ebenfalls auf das Styling von Prothesen spezialisiert. Die Sonderanfertigung der Prothesenverkleidung erfolgt auch hier mittels 3D-Technologien. Anders als beim Konkurrenten Bespoke Innovations erfolgt der Druck basierend auf Messdaten und Fotos, die der Prothesenträger an UNYQ sendet. [10]

Die neue Kosmetik soll neben dem ästhetischen Aspekt, auch dazu beitragen, dass die Beinprothese symmetrischer ausfällt und sich an das gesunde Bein anpasst. [10] Nicht zu vergessen ist die Persönlichkeit, die durch ein individuelles Prothesendesign gestärkt wird. Eine Sprecherin des Bundesinnungsverband der Orthopädietechnik sieht in Prothesen mit persönlichem Styling auch einen psychologischen Effekt, da sich der Träger mit seiner Prothese identifizieren kann. Somit sind Prothesen mit individuellem Design viel mehr als nur eine modische Sache. [11]

Fazit

Es zeigt sich, dass generative Fertigungsverfahren ihren Weg in die Beinprothetik finden. Abgesehen von der Robohand bzw. dem Nachfolger Roboleg, die mit einem 3D-Drucker zu Hause gedruckt werden können [4], wird anhand der beschriebenen Anwendungsbeispiele deutlich, dass besonders das Selektive Laser Sintern (SLS) ein Verfahren ist, welches sich für die Herstellung im Prothesenbau eignet. [6] Auch zeigen sich mit der Integration der neuen Fertigungstechnologie neue Wege in der Prothetik auf. Wie auch bei anderen medizintechnischen Produkten ist die Nachfrage nach neuartigen Gestaltungslösungen da. Generative Fertigungsverfahren haben das Potential gleichzeitig maximale Funktionalität mit hoher Benutzerfreundlichkeit zu verbinden. [1]

 

 

 

[1]  J. Breuninger, „Bessere Beinprothese generativ gefertigt,“ 2011.
[2]  Breuninger, Becker, Wolf, Rommel und Verl, Generative Fertigung mit Kunststoffen, 2012.
[3]  T. Reintjes, „Prothese aus dem 3D-Drucker,“ Deutschlandfunk, 2013.
[4]  „Robohand: Die Open-Source-Handprothese aus dem 3D-Drucker,“ Der Standard, 2013.
[5]  „Trends der Zukunft,“ [Online]. Available: http://www.trendsderzukunft.de/beinprothese-aus-dem-3d-drucker/2014/05/20/. [Zugriff am 26 Juni 2014].
[6]  Pröbsting und Günther, „Generative Fertigungsverfahren in der Orthopädie-Technik,“ 2014.[7]  S. Koll, „Drucker statt Werkzeug,“ 2014.
[8]  K. Schäfer, „Direktes Metall-Laser-Sintern für eine Kletterprothese,“ 2013.
[9]  „3druck,“ [Online]. Available: https://3druck.com/objects/3d-drucker-sollen-prothesen-unsichtbar-machen-163685/. [Zugriff am 26 Juni 2014].
[10]  „UNYQ,“ [Online]. Available: http://de.unyq.com/pages/wie-es-funktioniert. [Zugriff am 26 Juni 2014].
[11]  L.-M. Eckardt, „Buntes Bein nach Maß,“ Spiegel, 2014.

 

Back to School – Gastbeitrag Serie der Fachhochschule Technikum WienFHTW_Logo_Farbe
von Katharina Ott, B.Eng.

In der Gastbeitrag Serie “Back to School” werden Arbeiten von Studenten des FH Technikum Wien veröffentlicht. Diese drehen sich um Additive Fertigung und die technischen Details die dahinter stehen. Die Studenten der Fachrichtung Mechatronik und Robotik publizieren hier ihre Arbeiten aus der Lehrveranstaltung Generative Fertigung mit Dr. Johannes Homa.

Zur Übersicht der Back to School Serie.

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