Bessere Prothesen durch Metall-3D-Druck: Individuelle Patientenversorgung durch SLM-Systeme von HBD

Auf der HBD 400 in nur 56 Stunden gedruckte Serie von 288 Titan-Hüftpfannen. Das Stapeldruckverfahren ermöglicht eine hochproduktive Fertigung bei gleichbleibender Qualität. (Bilder: HBD)

Die Anforderungen an medizinische Produkte steigen kontinuierlich und Patienten erwarten individuell angepasste Lösungen, kurze Behandlungszeiten sowie langlebige Implantate. Gleichzeitig müssen Hersteller höchste Qualitätsstandards erfüllen und wirtschaftlich produzieren. Herkömmliche Fertigungsverfahren stoßen dabei, insbesondere bei komplexen Geometrien und individuellen Anpassungen, häufig an ihre Grenzen. Genau hier spielt die Additive Fertigung ihre Stärken aus.

Mit 3D-Druck lassen sich anspruchsvolle Konstruktionen ohne zusätzliche Werkzeuge realisieren. Je nach Anwendung kommen dabei unterschiedliche Verfahren zum Einsatz: Für Kunststoffbauteile werden häufig SLA-, SLS- oder FDM-Systeme verwendet. Geht es jedoch um hochfeste und biokompatible Metallteile, zählen Direct Metal Laser Sintering (DMLS) und selektives Laserschmelzen (SLM/PBF-LB) zu den wichtigsten Technologien. Gerade in der Orthopädie und Implantattechnik eröffnen diese durch die Kombination aus Präzision, Geschwindigkeit und Designfreiheit völlig neue Möglichkeiten. So lassen sich unter anderem filigrane Gitter- und Porenstrukturen direkt aus Metallpulver herstellen, die mit traditionellen Verfahren kaum umsetzbar wären. Auf Anwendungen im Metall-3D-Druck hat sich der chinesische Hersteller HBD spezialisiert und erzielt damit auch technologische Fortschritte in der Medizintechnik.

3D-gedruckte Femurprothese: patientenspezifisches Implantat aus Titanlegierung mit optimierter Passform und hoher Biokompatibilität, hergestellt mittels SLM-Technologie von HBD.

Effiziente Fertigung individueller Komponenten

„Der wesentliche Vorteil der SLM-Technologie liegt in der wirtschaftlichen Einzelteilproduktion sowie in der Möglichkeit, medizinische Komponenten exakt an die anatomischen Anforderungen einzelner Patienten anzupassen“, erklärt Daniel Kopp, Teamleiter Additive Fertigung bei Bibus Austria. „Jeder Mensch ist unterschiedlich und Standardlösungen führen daher oft zu eingeschränktem Tragekomfort oder unzureichender Funktionalität.“ Bildgebende Verfahren wie CT, MRT oder Ultraschall liefern die Datenbasis für patientenspezifische Bauteile. Das Ergebnis sind maßgeschneiderte Implantate für verbesserte Beweglichkeit, optimale Passform und höhere Verträglichkeit.

Mit der HBD 150 in nur sieben Stunden gefertigte Titan-Netze für Implantate und Prothesen. Hohe Stabilität, geringes Gewicht und optimale Voraussetzungen für die Knochenintegration.

Herausforderungen traditioneller Methoden

Die Additive Fertigung mit Metall bietet zudem Antworten auf weitere Schwachstellen klassischer Produktionsmethoden. Während konventionelle Bearbeitungsverfahren häufig nur eine Materialausnutzung von 30 bis 40 Prozent erreichen und entsprechend hohe Kosten verursachen, arbeitet der Metall-3D-Druck deutlich ressourcenschonender, da Material nur dort eingesetzt wird, wo es tatsächlich benötigt wird. Auch die Produktionszeiten lassen sich erheblich verkürzen: Statt mehrwöchiger Fräs- und Nachbearbeitungsprozesse können Produkte innerhalb weniger Tage gefertigt werden. Besonders bei Kindern oder bei komplizierten Krankheitsbildern ist diese Geschwindigkeit ein entscheidender Vorteil, da Hilfsmittel regelmäßig angepasst werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist die gleichbleibend hohe Qualität. Im Gegensatz zu manuellen Schweiß- oder Polierarbeiten, die bei konventionellen Verfahren zu Schwankungen mit Fehlerquoten von bis zu fünf bis acht Prozent führen können, ermöglicht der digitale Produktionsprozess eine hohe Wiederholgenauigkeit und Prozesssicherheit. „Mit Metall-3D-Druck lassen sich nicht nur Materialverbrauch und Lieferzeiten deutlich reduzieren, sondern auch reproduzierbare Qualitätsstandards auf höchstem Niveau erreichen“, unterstreicht Daniel Kopp die Vorteile.

Präzise gefertigte Titanimplantate (sogenannte Cages) für die Wirbelsäulenchirurgie, hergestellt mit der HBD 200-Metall-3D-Drucktechnologie in 44 Stunden.

Biokompatibilität: das richtige Material ist entscheidend

In der Medizintechnik müssen Werkstoffe nicht nur präzise verarbeitet, sondern auch sicher, belastbar und biokompatibel sein. HBD verarbeitet mit seinen Metalldruckern Materialien wie Titan, Tantal, Edelstahl oder Kobalt-Chrom-Legierungen. Diese zeichnen sich durch hohe Formstabilität, Korrosionsbeständigkeit, mechanische Belastbarkeit und eine ausgezeichnete Verträglichkeit aus. Darüber hinaus ermöglicht die Additive Fertigung die Herstellung bionischer, poröser Gitter- und Porenstrukturen. Diese reduzieren den sogenannten Stress-Shielding-Effekt und fördern gleichzeitig die Osseointegration. Implantate können dadurch besser mit dem umgebenden Gewebe verwachsen, was die Heilung beschleunigt und langfristig zu besseren Behandlungsergebnissen beiträgt.

Mit bis zu sechs Lasern und großem Bauraum ist die HBD 400 für die effiziente Serienfertigung medizinischer Komponenten ausgelegt.

Additive Fertigung im klinischen Einsatz

Die Metall-3D-Drucktechnologie von HBD wird bereits erfolgreich für Hüft-, Knie-, Schulter-, Sprunggelenk- und Wirbelsäulenimplantate eingesetzt. Ein Beispiel ist die Fertigung patientenspezifischer Femurprothesen für rekonstruktive Eingriffe. In einem klinischen Fall wurde bei einem Patienten mit Entwicklungsdysplasie nach einer Hüft-Totalendoprothese rechts und einer komplizierten Prothesenluxation eine individuelle 3D-gedruckte Langschaftprothese eingesetzt. Durch die exakte Anpassung an die anatomischen Gegebenheiten konnte eine erfolgreiche Wiederherstellung der Mobilität erreicht werden.

Auch in der Wirbelsäulenchirurgie kommen additive Fertigungslösungen zum Einsatz. So zeichnen sich mit der HBD 200 gefertigte Interbody-Fusion-Cages aus Titanlegierung durch hohe Maßgenauigkeit, klar definierte trabekuläre Strukturen und eine hohe Zuverlässigkeit aus. Ebenso können medizinische Titan-Netze mit hoher Stabilität und geringem Gewicht innerhalb von nur sieben Stunden auf der HBD 150 gedruckt werden.

HBD 150: Kompaktes Metall-3D-Drucksystem für hochpräzise Fertigung filigraner Implantate und patientenspezifischer Medizinprodukte aus biokompatiblen Metallwerkstoffen.

Serienfertigung mit hoher Effizienz

Neben der Einzelteilfertigung gewinnt auch die wirtschaftliche Serienproduktion zunehmend an Bedeutung. Mit den HBD-Systemen lassen sich orthopädische Komponenten in größeren Stückzahlen produzieren – ohne Kompromisse bei Präzision oder Qualität. Ein Beispiel dafür ist die Serienfertigung von Acetabulum-Schalen für Hüftprothesen. Auf einer HBD 400-Anlage wurden 288 Titan-Hüftpfannen innerhalb eines einzigen Fertigungsdurchgangs in nur 56 Stunden produziert. Durch das Stapeln der Schalen und die optimierte Prozessführung wurden Produktionszeit, Schutzgasverbrauch und Nachbearbeitungsaufwand deutlich reduziert. Die gleichbleibend hohe Druckqualität über große Chargen hinweg macht die Technologie besonders attraktiv für Hersteller medizinischer Serienprodukte.

Personalisierte Medizin für die Zukunft

Der Metall-3D-Druck wird die Medizintechnik weiter nachhaltig verändern. Fortschritte bei Materialien, Prozessautomatisierung und Druckgeschwindigkeit machen additive Fertigung zunehmend wirtschaftlicher und vielseitiger. Mit den Drucklösungen von HBD und Bibus Austria stehen leistungsfähige Technologien bereit, um diesen Wandel aktiv mitzugestalten. Die Systeme HBD 150, HBD 200 und HBD 400 erlauben sowohl Einzelanfertigungen als auch effiziente Serienproduktionen medizinischer Metallkomponenten. Das Beam-Shaping-System – die GuangChi-II-Technologie – ermöglicht zudem die Anpassung des Laserprofils während des laufenden Druckprozesses. Dadurch lassen sich Druckgeschwindigkeit, Oberflächenqualität und Prozessstabilität gezielt optimieren und die Effizienz gegenüber vielen am Markt verfügbaren Systemen deutlich steigern.

„Die Kombination aus Präzision, Biokompatibilität, Designfreiheit und Effizienz macht die Additive Fertigung zu einem entscheidenden Zukunftsfaktor in der modernen Medizintechnik“, ist sich Kopp sicher.