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

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 www.fhnw.ch/ima ralf.schumacher@fhnw.ch IMA Institut für Medizinal- und Analysetechnologien 4.4.2014 FHNW

Gliederung Geschichtliches 3D Printing Prozesskette Chancen und Grenzen Medizintechnik: Definition & Abgrenzung Entwicklung & Anwendungen an der FHNW-IMA 3D Printing als revolutionäre Technologie? Ausblick 13.04.2014 2

Geschichtliches: 3D Printing Stereolithographie 1983 Charles W. Hull 1986 Gründung 3D Systems Selective Laser Sintering SLS Patent 1987 US-Patent: US4575330, Charles W. Hull, Anmeldedatum 8. Aug. 1984 Quelle: 3D Systems, Versuchsanlage Charles W. Hull Rapid Prototyping: Virtuelle CAD Modelle begreifbar machen Anlagen: - Stereolithographie - Extrusionsverfahren - Selective Laser Sintering SLS 13.04.2014 3

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 13.04.2014 4

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 13.04.2014 5

Chancen Gesamtkosten Vorteile generativer Verfahren: - Flexible Fertigung ab Losgrösse 1 - «Mass Customization» Stückzahl - Erreichbare Komplexität - Neue Designs möglich Stückkosten Komplexität 13.04.2014 6

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 13.04.2014 7

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 13.04.2014 8

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, 2004 13.04.2014 9

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, 2013 13.04.2014 10

Projektförderung: - intern - RMS-Stiftung F&E an der FHNW IMA 18 16 14 Young's Modulus depending of porosity Modellierung neuartiger Implantat-Strukturen cell size 2.5mm cell size 3.0mm Young's Modulus [GPa] 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 Porosity [%] 13.04.2014 11

Projektförderung: - intern - Klinik-Forschung F&E an der FHNW IMA Individualisierte Implantate: Design & Fertigung Quelle: Universitätsspital Cluj & FH Nordwestschweiz 13.04.2014 12

Projektförderung: - intern - Auftragsforschung - SNI - SNF F&E an der FHNW IMA Funktionalisierte Keramikimplantate Referat Philippe Chavanne 13.04.2014 13

3D Druck als revolutionäre Technologie? «Hope» oder «Hype»? «Evolution Revolution Illusion» Quelle: Fripp Design Quelle: Wake Forest Institute 13.04.2014 14

3D Druck als revolutionäre Technologie? Analysten werden aktiv: http://keyinvest-ch.ubs.com/3dprint Aktienkurse verzeichnen unglaubliches Wachstum: 3D Systems, Stratasys, ARCAM, Voxeljet, Politische Ebene erreicht 13.04.2014 15

3D Druck als revolutionäre Technologie? Technische Entwicklung Gipfel der überzogenen Erwartungen Tief der Desillusionierung Pfad der Erleuchtung Plateau der Produktivität Quelle: Gartner Hype Cycle 2013 13.04.2014 16

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 14. - 15. Mai 2014, Erfurt www.rapidtech.de 13.04.2014 17

Interessante Links http://3druck.com/3d-drucker-liste/ http://3d-druckercheck.de/3d-drucker-hersteller http://www.springer.com/computer/information+systems+and+applications/book/9 78-3-642-29224-8 http://3d-drucker-community.de http://3d-model.ch/2012/03/30/3d-software-fur-deinen-3d-drucker http://www.3drucken.ch/p/software.html 13.04.2014 18

Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: ralf.schumacher@fhnw.ch www.fhnw.ch/personen/ralf-schumacher +41 61 467 43 95 13.04.2014 19