3D Printing: Chancen und Grenzen in der Medizinaltechnik i-net Technology Event an der FHNW in Basel

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1 3D Printing: Chancen und Grenzen in der Medizinaltechnik i-net Technology Event an der FHNW in Basel Ralf Schumacher Leiter der Gruppe für Medical Additive Manufacturing IMA Institut für Medizinal- und Analysetechnologien FHNW

2 Gliederung Geschichtliches 3D Printing Prozesskette Chancen und Grenzen Medizintechnik: Definition & Abgrenzung Entwicklung & Anwendungen an der FHNW-IMA 3D Printing als revolutionäre Technologie? Ausblick

3 Geschichtliches: 3D Printing Stereolithographie 1983 Charles W. Hull 1986 Gründung 3D Systems Selective Laser Sintering SLS Patent 1987 US-Patent: US , Charles W. Hull, Anmeldedatum 8. Aug Quelle: 3D Systems, Versuchsanlage Charles W. Hull Rapid Prototyping: Virtuelle CAD Modelle begreifbar machen Anlagen: - Stereolithographie - Extrusionsverfahren - Selective Laser Sintering SLS

4 Geschichtliches: 3D Printing Anfang 2000-er: Rapid Manufacturing Fertigungstechnik 2009: Additive Manufacturing (ASTM-F42) Heute: 3D Printing / 3D Drucken Vergleich von konventionell (spanend) gefertigter Knochenplatte (oben) und mittels Metall 3D Druck (Selective Laser Melting) gefertigter Knochenplatte (unten). Quelle: FH Nordwestschweiz & Medartis AG Basel 3D Printing: - Hype der letzten 3 Jahre - Auslauf von Schlüsselpatenten - Low-Cost Geräte Konsumgut - Hype ohne technische Innovation

5 Prozesskette 3D Modell Internet CAD 3D Scanning STL-File Reparatur Orientieren Stützen berechnen Pre- Processing Slice Parameter der 3D Technologie 3D Druck Drucker Laser Filament Post- Processing Stützen entfernen mechanisch

6 Chancen Gesamtkosten Vorteile generativer Verfahren: - Flexible Fertigung ab Losgrösse 1 - «Mass Customization» Stückzahl - Erreichbare Komplexität - Neue Designs möglich Stückkosten Komplexität

7 Grenzen - Schichtaufbau Rasterung - Präzision, insb. bei Metallverfahren - Verzug, insb. bei thermischen Verfahren - Mech. Festigkeit: - Anisotropie - Delamination (Kunststoffe) - Ev. thermische Nachbearbeitung - Mechanische Nachbearbeitung - Einspannen und bearbeiten - Entfernen der Stützen

8 Definition & Abgrenzung Unterschied: Medizintechnik vs. Technik Verarbeitung von Biomaterialien Interaktion mit dem Körper: - Material - Struktur Verschiedene Anwendungen und Anforderungen (ISO 10993): - Haut getragen - Kurzzeit im Eingriff im Körper - Langzeit im Eingriff im Körper FH Nordwestschweiz: Chavanne, Schumacher et. al.: 3D Druck von künstlichem Knochen mit Integration von Silberpartikeln

9 Entwicklung & Anwendungen Biokompatible Materialien: - Keramiken - Metalle - Kunststoffe Designbeispiel für Pat. individuelles Knochenersatzimplantat Quelle: FH Nordwestschweiz und Universitätsspital Basel Eignung für patientenindividuelle Anwendungen: - Planungshilfen - Individuelle Knochenversorgung - Individuelle Schnittschablonen - Offenporige Knocheninterfaces Quelle: Zimmer Quelle: 3D Druck Planungsmodelle, FH Nordwestschweiz,

10 Projektförderung: - intern - AO - SNF F&E an der FHNW IMA Materialforschung Vortrag Michael de Wild Zell-Studien, Tier-Studien, neue Materialien de Wild M., Weber F., Schumacher R., et.al,

11 Projektförderung: - intern - RMS-Stiftung F&E an der FHNW IMA Young's Modulus depending of porosity Modellierung neuartiger Implantat-Strukturen cell size 2.5mm cell size 3.0mm Young's Modulus [GPa] Porosity [%]

12 Projektförderung: - intern - Klinik-Forschung F&E an der FHNW IMA Individualisierte Implantate: Design & Fertigung Quelle: Universitätsspital Cluj & FH Nordwestschweiz

13 Projektförderung: - intern - Auftragsforschung - SNI - SNF F&E an der FHNW IMA Funktionalisierte Keramikimplantate Referat Philippe Chavanne

14 3D Druck als revolutionäre Technologie? «Hope» oder «Hype»? «Evolution Revolution Illusion» Quelle: Fripp Design Quelle: Wake Forest Institute

15 3D Druck als revolutionäre Technologie? Analysten werden aktiv: Aktienkurse verzeichnen unglaubliches Wachstum: 3D Systems, Stratasys, ARCAM, Voxeljet, Politische Ebene erreicht

16 3D Druck als revolutionäre Technologie? Technische Entwicklung Gipfel der überzogenen Erwartungen Tief der Desillusionierung Pfad der Erleuchtung Plateau der Produktivität Quelle: Gartner Hype Cycle

17 Ausblick Neue Businessmodelle dank verteilter Fertigung oder verteiltem Design Quelle: FHNW Auslauf weiterer Schlüsselpatente günstigere Technologie Forschung: - Neue Materialien & Strukturen - 3D Printing von Zellen / Organen Ersatzteilmedizin Quelle: Organovo Mai 2014, Erfurt

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