Additive Fertigungsverfahren in der Medizin. Medizin. Ausgewählte Kunden und Partner. Inhaltsverzeichnis. Think the impossible. You can get it.

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1 Medizin Ausgewählte Kunden und Partner EOS GmbH Electro Optical Systems Hauptniederlassung Robert-Stirling-Ring 1 D Krailling bei München Tel.: Fax: Herausforderungen der Medizinbranche 3 Vorteile durch Additive Fertigung (AM) 4 AM - Patienten-spezifische Implantate 5 AM - Vorteile für Patient und Krankenhaus 6 EOS Niederlassungen AM - Patienten-spezifische Einweginstrumente 7 EOS France Tel.: AM - Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus 8 AM - Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen 9 EOS India Tel.: EOS Italy Tel.: EOS Korea Tel.: EOS Nordic & Baltic Tel.: EOS of North America Tel.: EOS Singapore Tel.: EOS Taiwan Tel.: EOS UK Tel.: info@eos.info Think the impossible. You can get it. Stand 03/2013. Technische Änderungen vorbehalten. EOS ist nach ISO 9001 zertifiziert. Inhaltsverzeichnis Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280 (Quelle: Within) Additive Fertigungsverfahren in der Medizin AM - Serienfertigung Medizinischer Geräte 10 EOS-Partner 11 Das Prinzip EOS: das große Ganze in jedem Detail 12

2 Abb. 1: Fingerimplantate (Quelle: Within) Abb. 2: Wirbelsäulenimplantate (Quelle: Within) Abb. 3: Stereotaktische Plattform (Quelle: FHC, Inc.) 2

3 Herausforderungen der Medizinbranche Der Anspruch der Medizintechnologie ist es, die Mobilität des Menschen zu erhalten, zu unterstützen oder wiederherzustellen. Bei der Herstellung von Medizinprodukten sind Ärzte und Patienten dabei in vielen Bereichen auf Einzelanfertigungen oder individualisierte Kleinserien angewiesen. Material und Verarbeitung der Produkte müssen hohen Qualitätsansprüchen genügen. Zudem sollen die Erzeugnisse möglichst schnell verfügbar und nach Möglichkeit kostengünstig sein. Individualisierung Die fertigungstechnische Umsetzung patienten-individueller Prothetik kann für den Patienten eine oft langwierige Anpassungsphase bedeuten, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Dies und der Wunsch des Patienten nach einer Personalisierung des Produktdesigns sind oft mit enormen (Mehr-)Kosten verbunden. Komplexe Geometrien Freiformstrukturen können mit konventionellen Produktionsmethoden wie Fräsen, Drehen oder Gießen nur bedingt hergestellt werden. Gleichzeitig wächst der Wunsch, sich von Erfolgsmodellen 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 beschleunigen den Heilungserfolg und entlasten damit Gesundheitssystem und Patienten gleichermaßen. Je besser ein Patient versorgt wird, umso geringer sind die finanziellen Aufwendungen, die er für Krankenhausaufenthalt und Folgetherapie erbringen muss. Schnelle Verfügbarkeit 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. 3

4 Vorteile durch Additive Fertigung (AM) Abb. 4: Wirbelsäulenimplantate, Werkstoff: EOS Titanium Ti64 (Quelle: Within) EOS setzt diese Ansprüche in maßgeschneiderte Lösungen um. Mit seinem Additiven Fertigungsverfahren, zu dem Systeme, Werkstoffe und Applikationslösungen gehören, unterstützt EOS seine Kunden in allen relevanten Phasen des Entwicklungs- und Fertigungsprozesses. EOS weltweit führend in Additiver Fertigung Gegründet 1989, ist EOS heute der globale Technologie- und Innovationsführer im Bereich der Additiven Fertigung von Kunststoff- und Metallteilen und Anbieter konstruktionsgetriebener, integrierter Fertigungslösungen für industrielle Anwendungen. Das von EOS angebotene generative Fertigungsverfahren des Laser-Sinterns ermöglicht die schnelle, flexible und kostengünstige Produktion direkt aus elektronischen 3D-Daten: Schicht für Schicht und basierend auf einer Vielzahl von Kunststoffund Metall-Werkstoffen. Als bahnbrechende Technologie ebnet die Additive Fertigung den Weg für einen Paradigmenwechsel in Konstruktion und Fertigung: Sie ermöglicht die schnelle, kosteneffiziente und hochqualitative Herstellung von medizinischen Geräten in nahezu beliebig komplexen Formen, die mit herkömmlichen Verfahren kaum realisierbar sind. Additive Fertigung beschleunigt die Produktentwicklung, bietet gestalterische Freiheiten, optimiert Strukturen und ermöglicht ein hohes Maß an Funktionsintegration. Damit eröffnet EOS seinen Kunden entscheidende Marktvorteile und bietet ein komplettes Lösungsportfolio an: Systeme, Anwendungs- Know-how, Software, Parameter, Werkstoffe und deren Weiterentwicklung sowie umfassende produktbegleitende Dienstleistungen, wie beispielsweise Wartung, Anwendungsberatung und Schulungen. 4

5 Additive Fertigung Patienten-spezifische Implantate Animation des Gitterstrukturaufbaus (Quelle: Within) Bitte scannen Sie den QR-Code mit einer Smart- Phone-App wie etwa Scanlife, Abb. 5: Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280 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 Herstellung 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, Projektbeteiligter und Geschäftsführer von Within Technologies 5

6 Additive Fertigung Vorteile für Patient und Krankenhaus Verbesserte Patientenversorgung Mithilfe von Additiver Fertigung können Gitterstrukturen erzeugt werden, die den Heilungsprozess nach dem Einsetzen eines Implantats 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 Krankenhausaufenthalt verkürzt und unangenehme Nebenwirkungen für den Patienten können vermindert werden. Wirtschaftlichkeit für das Krankenhaus Den Bedürfnissen von Patient und Krankenhaus kommen patienten-individuelle Implantate sehr entgegen. Doch trotz aller Individualisierung müssen die Stückkosten in einem wirtschaftlichen Rahmen bleiben. Additive Fertigung ermöglicht die Herstellung kleiner Stückzahlen zu vernünftigen Preisen. Mit diesem Herstellungsverfahren kann ein hoher Flexibilitätsgrad erreicht werden, da die Optimierung und Anpassung eines auf 3D-CAD-Daten basierenden Implantats sehr schnell umgesetzt werden können. Abb. 6: Fingerimplantate, Werkstoff: EOS Titanium Ti64 (Quelle: Within) 6

7 Additive Fertigung Patienten-spezifische Einweg-Instrumente Abb. 7: Stereotaktische Plattform, STarFix- Halterung mit zwei Zielbereichen, Werkstoff: PA 2200 (Quelle: FHC, Inc.) Die Chirurgie benötigt Geräte und Instrumente, die mit einem Höchstmaß an Präzision gefertigt werden. Bei komplizierten Eingriffen setzen Chirurgen zunehmend auf patientenspezifische, 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 maßgeschneiderten 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 Einheitslösungen patienten-spezifische Produkte gefertigt werden können, ermöglicht Krankenhäusern, Geld einzusparen und bessere Ergebnisse für Patienten zu erzielen. Fred Haer, CEO von FHC und Vorstandvorsitzender von STarFix 7

8 Additive Fertigung Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus Verbesserte Patientenversorgung Ein perfekt auf den Patienten und die Operationssituation zugeschnittenes chirurgisches Instrument 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 Rehabilitation 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. Präzision für den Chirurgen Wird ein speziell auf den Patienten hergestelltes chirurgisches Instrument bei einer Operation verwendet, so bringt dies auch Erleichterungen für den Chirurgen mit sich: Das Instrumentendesign kann auf die spezielle 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, Komplikationen oder auch Infektionen bei der Operation wird zudem vermindert. Wirtschaftlichkeit für das Krankenhaus Für konventionell gefertigte Instrumente 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 konventionell gefertigten Instrumenten realisiert werden. Der Chirurg erhält so ein hochqualitatives und präzises Produkt, das den strengen Maßstäben für medizinische Anwendungen gerecht wird. Abb. 8: VISIONAIRE, Patientenspezifische Bohrlehre für Knieoperationen, Werkstoff: PA 2200 (Quelle: Smith & Nephew Inc.) 8

9 Additive Fertigung Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen Die Verbindung von Additiver Fertigung mit Orthopädietechnik liefert in Prothetik und Orthetik verbesserte Ergebnisse. Eine neue Generation der Prothesenfertigung wird durch die Kombination neuer Herstellungstechnologien mit innovativen Simulationen erreicht. Die in der Prothetik geforderten ISO-Normen können generative Fertigungstechnologien aufgrund der guten Materialeigenschaften des Kunststoffs ohne Weiteres erfüllen. Die Einhaltung hoher Qualitätsstandards ist somit gesichert. Verbesserte Patientenversorgung 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 Einbeziehung 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. Wirtschaftliche Fertigung Das Additive Fertigungsverfahren von EOS überzeugt durch eine flexible und schnelle Produktion und die Bauteile sind mit wenig Materialaufwand effizient zu fertigen. Abb. 9: Computerdarstellung einer Komplettprothese (Quelle: Gottinger Orthopädietechnik GmbH, Fraunhofer IPA) 9

10 Additive Fertigung Serienfertigung für Medizinische Geräte Viele medizinische Geräte und Teile der Laborausstattung sind nicht nur hochwertig und komplex, sondern auch Nischenprodukte, die in Kleinserien produziert werden. Für eine konventionelle Fertigung sind häufig teure Werkzeuge erforderlich, deren Wert auf die Produkte umgelegt werden muss. Die Laser-Sinter Technologie hingegen arbeitet werkzeuglos und ermöglicht deshalb eine wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen in kleineren Serien bis hin zu Losgröße Eins. Unternehmen aus der Medizintechnik, wie die Andreas Hettich GmbH, haben diese hohe Rentabilität erkannt und setzen mittlerweile auf das Additive Schichtbauverfahren. Der Zentrifugenhersteller nutzt es für die Produktentwicklung und Produktion und konnte so nicht nur den Wert seiner Produkte erhöhen, sondern auch die Herstellungskosten senken. Abb. 10/11: Waschzentrifuge für die Blutgruppenserologie, Serienproduktion mit EOSINT P 380, Werkstoff PA 2200 (Quelle: Hettich) Typische Produktionsmengen für diese Zentrifugen belaufen sich auf zehn bis 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 Auffangschalen. Die Behälter besitzen eine aufwendige Geometrie und unterliegen hohen Rotationsgeschwindigkeiten mit Beschleunigungskräften in Höhe von facher Erdbeschleunigung. 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 Zentrifugengehäuse zu ändern. Von jetzt ab wurden die Komponenten mit der Additiven Fertigungsmethode von EOS produziert. Wirtschaftliche Fertigung 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 eingesetzt werden. Falls notwendig, können weitere Änderungen in der Konstruktion oder Produktvarianten zeitnah und zu minimalen Kosten implementiert werden. Zum Beispiel können für unterschiedliche Blutbeutel 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. 10

11 EOS-Partner WITHIN - Design-Partner für EOS 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 Optimierungssoftware, 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 definierte Anforderungen erfüllt werden: Bestimmte Regionen können beispielsweise gezielt versteift werden, während andere Bereiche flexibel gestaltet sind und insgesamt kann Gewicht eingespart werden. Das Bauteil mit integrierter Gitterstruktur kann dann mit der Laser- Sinter-Technologie hergestellt werden. Daher ist die WITHIN- Software optimal geeignet für patienten-spezifische Operationshilfen und Implantate. IMDS EOS-Partner im Medizinbereich 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. 11

12 Das Prinzip EOS: das große Ganze in jedem Detail Das industrielle Additive Fertigungsverfahren von EOS ebnet den Weg hin zu einer verbesserten patientenindividuellen Versorgung. Für die beste Lösung Ihrer individuellen Anforderungen bietet Ihnen EOS weit mehr als die notwendigen Materialien und Systeme für den Fertigungsprozess. Mit einem hohen Marktverständnis 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 hochqualitativen Herstellungsprozess. Sie sind einzigartig Die EOS-Technologie ermöglicht Ihnen einen kostengünstigen Fertigungsprozess bereits ab Losgröße Eins. Testreihen, Prototypen und patienten-individuelle Einzelstücke können damit profitabel umgesetzt werden. Sie sind frei Anders als bei konventionellen Fertigungslösungen ist die Herstellbarkeit von Konstruktionen keine Frage mehr. So können Sie sich ganz auf innovative Funktionalitäten konzentrieren, und dies nahezu unabhängig von Prozessgrenzen. EOS-Systeme sind in der Lage, Medizinprodukte herzustellen. EOS kann jedoch keine Gewähr übernehmen, dass diese Produkte allen Anforderungen genügen. 12

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14 Medizin Ausgewählte Kunden und Partner EOS GmbH Electro Optical Systems Hauptniederlassung Robert-Stirling-Ring 1 D Krailling bei München Tel.: Fax: Herausforderungen der Medizinbranche 3 Vorteile durch Additive Fertigung (AM) 4 AM - Patienten-spezifische Implantate 5 AM - Vorteile für Patient und Krankenhaus 6 EOS Niederlassungen AM - Patienten-spezifische Einweginstrumente 7 EOS France Tel.: AM - Vorteile für Patient, Chirurg und Krankenhaus 8 AM - Patienten-spezifische Prothesen und Orthesen 9 EOS India Tel.: EOS Italy Tel.: EOS Korea Tel.: EOS Nordic & Baltic Tel.: EOS of North America Tel.: EOS Singapore Tel.: EOS Taiwan Tel.: EOS UK Tel.: info@eos.info Think the impossible. You can get it. Stand 03/2013. Technische Änderungen vorbehalten. EOS ist nach ISO 9001 zertifiziert. Inhaltsverzeichnis Hüftimplantat mit Gitterstrukturen zur verbesserten Osseointegration. Additive Fertigung in einem Arbeitsgang mit EOSINT M 280 (Quelle: Within) Additive Fertigungsverfahren in der Medizin AM - Serienfertigung Medizinischer Geräte 10 EOS-Partner 11 Das Prinzip EOS: das große Ganze in jedem Detail 12