Innovation trifft auf mehr Innovation

3D-Druck

– eine praktische Methode, um schnell an ein gewünschtes Objekt zu kommen.

Im letzten Artikel haben wir bereits geklärt, wie präzise, schnell und kostengünstig die Herstellung von alltäglichen Gegenständen ist.

Man kann behaupten, dass der 3D-Druck zu den innovativsten Erfindungen unserer Zeit gehört – das wissen nur viele noch nicht.

3d-druck
(Quelle: 3d-grenzenlos.de)

Ein Bereich in unserer Gesellschaft hat das Potenzial jedoch schon erkannt und die Technik revolutioniert. Ein Bereich, der innovativer nicht sein könnte und von Faktoren wie Präzision, Schnelligkeit und Kosten abhängig ist – die Medizin!

Weltweit wachsen die Ausgaben im medizinischen Bereich rapide. Versorgung, Unterbringung und Eingriffe werden immer teurer und somit zur Last des Patienten.

Eine flexible Methode der Beschleunigung und Dynamisierung von innovativen Methoden, könnte nicht nur die Profitabilität wahren, sondern auch die allgemeinen Standards der Patientenversorgung deutlich anheben und verbessern.

Doch wie soll uns der 3D-Druck dabei helfen? Kann man Ersatzteile für den Menschen drucken?

3D-Druck Ersatzteile für den Menschen

Es gibt verschiedene Wege, wie die Technologie dem Menschen – im wahrsten Sinne des Wortes, unter die Arme greifen kann.

Einige Anwendungsmethoden werden bereits seit Jahren erfolgreich in der Medizin eingesetzt, z.B. Implantate und herkömmliche Prothesen.

Diese lassen sich durch den 3D-Druck jedoch optimieren. Nicht nur die Möglichkeit der Individualisierung und die Flexibilität des Prozesses sind entscheidend, sondern insbesondere auch der Kostenfaktor.

Durch den Einsatz von 3D-Druck kann sich beispielsweise der Preis einer Armprothesen von den vier- bis fünfstelligen Bereich in den zwei- bis dreistelligen Bereich senken lassen – was für den durchschnittlichen Patienten einen riesigen Unterschied ausmachen kann.

Insbesondere für Kinder ist das kostengünstige Druckverfahren ein großer Vorteil, da sich diese noch im Wachstum befinden und somit stetig von neuen individualisierten Anpassungen abhängig sind.

Sogar die Community-Design Plattform “Thingiverse” – welche wir im letzten Artikel behandelt haben, bietet mit der “Cyborg Beast”-Hand eine simple Lösung für den Eigendruck. Diese einfache 3D-Druck-Prothese lässt sich privat für knapp 50€ bauen und braucht sich laut Erfahrungsberichten von der Funktionalität her nicht vor einer professionellen Prothese im Wert von 40.000€ verstecken, bzw. wird sogar als besser befunden.

3d-druck hand
„Cyborg-Beast“-Hand

Heutzutage hat man schon ziemlich viele Druckmaterialien zur Verfügung, was die Qualität und somit die Belastbarkeit von Prothesen enorm steigern kann.

Materialien von Plastik, Gemischen und Polyamid über Harze bis hin zu Metalle wie Titan, Stahl oder Aluminium werden bereits im 3D-Druck verwendet (Hier eine kleine Übersicht).

Für die einfachsten Prothesen, kann man jedoch schon herkömmliche Materialien verwenden, die auch im Privatgebrauch verwendet werden. Diese Materialien werden z.B. von Innofil3D hergestellt und können innerhalb von Deutschland von Händlern wie iGo3D samt günstigem Drucker erworben werden.

Somit ist selbst der 3D-Druck von stark belasteten Gliedmaßen wie den Beinen, keine Herausforderung mehr. Clemens Rieht, ein Absolvent von der Hochschule Pforzheim hat sich der Sache noch genauer angenommen und eine 3D-Druck Prothese entwickelt, die aus mehreren Fraktalen besteht, was für eine hohe Anpassungsfähigkeit sorgt und viele Möglichkeiten im Bereich Design bietet.

Sein Produkt soll „Grenzenlosigkeit in der Gestaltung, Stärke, Stabilität und Selbstbewusstsein” ausdrücken.

Die Herstellung kostet dabei gerade mal 500€, womit man sich in einem deutlich niedrigeren Preis-Sektor bewegt, als bei herkömmlichen Modellen.

Auf weitere Beispiele werde ich zu einem späteren Zeitpunkt nochmal eingehen.

Schnittstelle Maschine – Mensch

Der wichtigste Prozess bei Prothesen ist die Verbindung mit dem Menschen, immerhin soll eine Arm-Prothese ja nicht nur schick aussehen, sondern im besten Fall auch was tun können.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um solch eine Funktionalität zu gewährleisten. Man kann sich beispielsweise Hände 3D-drucken, die per Nylon mit dem Handgelenk verbunden sind und auch darüber angesteuert werden können. Je nachdem wie man das Gelenk bewegt, kann man z.B. die Hand schließen und öffnen.

Dies ist jedoch nur ein einfaches Verfahren, welches selbst als Marke Eigenbau recht einfach umgesetzt werden kann.

Interessant wird es dann, wenn Prothesen mit dem menschlichen Körper verbunden  und angesteuert werden, so dass die Prothese weniger ein Werkzeug, sondern mehr ein richtiger Teil des Körpers wird. Man wird zu einem echten Cyborg! Der Darth Vader des 21. Jahrhunderts.

Der Fachbegriff dafür nennt sich „Bionik“. Forscher des Universitätsklinikums Heidelberg beschreiben den Prozess folgendermaßen: „Über Elektroden, die eine Muskelaktivität im Stumpf erfassen, werden elektrische Motoren angesteuert, die Greif- und Umwendebewegungen der Hand und Funktionen des Ellenbogens steuern können“.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, einzelne Muskeln direkt anzusteuern und somit z.B. auch einzelne Finger zu bewegen.

Wer mehr zu diesem Thema wissen möchte, kann sich diesen interessanten und vor allem sehr ausführlichen Artikel von spektrum.de durchlesen.

3d-druck
(Quelle: diepresse.com)

Auch verlorengegangene Fähigkeiten, wie das Wahrnehmen von Wärme und Kälte, können beispielsweise durch den Einsatz von Mikrosensoren wieder zurückerlangt werden.

Das langfristige Ziel ist es jedoch, Körperteile direkt über Gedankensignale anzusteuern.

Auch in dem Gebiet sind wir nicht erst bei theoretischen Plänen, sondern haben schon konkrete Prototypen und funktionierende Produkte.

In diesem Artikel wird eine gedankengesteuerte Beinprothese vorgestellt, bei der ein in den Beinstumpf eingebauter Chip, Muskelimpulse auf die Prothese überträgt.

Das Problem bei den meisten dieser Verfahren ist jedoch die Personalisierung von den verschiedenen Patienten. Nicht jeder Patient braucht die gleiche Prothese. Da kommt der 3D-Druck ins Spiel.

Die Schnittstelle (der Stumpf) ist eine sehr empfindliche Stelle, die zudem auch sehr anfällig für Entzündungen sein kann, weshalb eine passgenaue Lösung eine sehr große Rolle spielt.

Durch das vorherige Scannen von den entsprechenden Schnittstellen, hat man die Möglichkeit im Vorfeld ein passgenaues Model zu entwerfen und anschließend auszudrucken. Gerade im Bereich der Zahntechnik, kann man so ziemlich schnell individuelle Zahnersatzlösungen herstellen.

3D-Druck mit Herz

Nein, damit meine ich nicht die Tatsache, dass die Technologie des 3D-Drucks Menschenleben retten kann, uns Prozesse vereinfacht und zudem noch recycelbar und somit umweltfreundlich ist – nein, ich meine damit die Zukunft des 3D-Drucks.

Vorhin haben wir schon mal kurz die Vielfalt an Materialien angesprochen, worauf ich an dieser Stelle nochmal zurückkommen möchte:

Das Stichwort an dieser Stelle ist: Bioprinter!

3d-druck
Der BioFab 4500 (Quelle: www.3drevolutions.com)

Diese speziellen Drucker können echtes Gewebe drucken. Somit gehören selbst die hochentwickeltsten künstlichen Prothesen vielleicht bald der Vergangenheit an.

Man kann passende Organe, Körperteile und sogar menschliche Stammzellen einfach neudrucken und in den Menschen einsetzen.

Solche Drucker existieren bereits, jedoch werden diese bisher nur für experimentelle Zwecke eingesetzt.

Dieser Durchbruch würde unser Leben jedoch grundlegend verändern – und das nicht nur in der Medizin. Auch die Lebensmittelindustrie wäre logischerweise davon betroffen, man könnte beispielsweise komplett auf umweltfreundliche Produktionsmethoden umsteigen und die Massentierhaltung nach und nach abschaffen. Das Ziel haben sich verschiedene Unternehmen bereits gesetzt und sehen bereits marktreife Lösungen in naher Zukunft.

Sicherheit ist auch ein Punkt, der durch das 3D-Druck Verfahren enorm gesteigert wird. Chirurgen haben im Vorfeld die Möglichkeit, die einzelnen Schritte einer Operation an gedruckten Objekten zu üben.

Wie man sieht, ist der Bereich unglaublich umfangreich und bietet unbegrenzte Möglichkeiten – sowohl in der heutigen Zeit, als auch in der Zukunft.

Vor allem ist die ganze Theorie dahinter auch meistens nicht gerade leicht erfassbar, weshalb man das Thema und die Möglichkeiten dahinter am besten anhand von Beispielen präsentieren kann.

Wir sind jetzt zwar am Ende des Artikels, jedoch werde ich einen 2. Teil verfassen, in dem ich nochmal genauer auf einzelne Beispiele eingehen werde, die entweder bereits angewendet werden oder in naher Zukunft realisierbar sind.

Der Mensch aus dem Drucker – 3D-Druck in der Medizin

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.