Der Einsatz von Polypropylen in der Herstellung von medizinischen Hilfsmitteln, wie z.B. Orthesen, hat sich durch das ideale Eigenschaftsprofil als sehr vielversprechend gezeigt.
In der Medizintechnik eröffnet die additive Fertigung, basierend auf der Möglichkeit zur Individualisierung, vielfältige und noch nicht erschlossene Anwendungsbereiche. Besonders interessant ist dies für Entwickler, Designer und Produzenten, die sich mit medizinischen Hilfsmitteln beschäftigen. Schnell steht man als Entwickler dabei jedoch vor der Problemstellung, dass mit dem 3D-Drucker zwar interessante Geometrien realisiert werden können, 3D-gedruckte Produkte oftmals aber nicht endgültig eingesetzt werden. Gründe hierfür sind vor allem die Auswahl und Verfügbarkeit eines geeigneten Materials und die Etablierung von schlanken und effizienten Fertigungsprozessen mit einer ausreichenden Produktqualität. Bei der Vielzahl der Methoden zur additiven Fertigung ist der extrusionsbasierte 3D-Druck besonders vielversprechend. Die Materialien, die diese Fertigungsmethode jedoch in den letzten Jahren geprägt haben, wiesen noch nicht das perfekte Eigenschaftsprofil für die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik auf. Ein wichtiger Schritt zur Lösung ist hierbei der 3D-Druck mit Polypropylen (PP).
Etablierte Materialien in der Medizinbranche müssen ein breites Eigenschaftsprofil besitzen, um die chemischen, biologischen und technischen Anforderungen zu erfüllen. Je nach Anwendung müssen bruchfeste und flexible, aber gleichzeitig leicht zu reinigende und sterilisierbare Produkte gefertigt werden. Die Eigenschaften der meist verwendeten Materialien haben bislang noch nicht dazu geführt, dass additiv gefertigte Produkte eine tragende Rolle in der Medizinbranche einnehmen. Um den 3D-Druck langfristig in der Medizintechnik mit additiv gefertigten Produkten etablieren zu können, müssen geeignete Materialien gefunden werden, die das medizin-spezifische Anforderungsprofil erfüllen. Die Auswahl eines geeigneten Materials für eine spezifische Anwendung ist dabei eng mit dem eingesetzten Fertigungsverfahren verknüpft. Unterschiedliche Materialien eignen sich unterschiedlich gut für einen Einsatz in den zur Zeit gängigen additiven Fertigungsverfahren, dem 3D-Druck mit reaktiven flüssigen Medien, dem 3D-Druck mit Pulvern oder dem extrusionsbasierten 3D-Druck mit geschmolzenen Thermoplasten. In den letzten Jahren hat sich der extrusionsbasierte 3D-Druck als eine kostengünstigste Möglichkeit, sowohl im Hinblick auf Investitions- und Produktionskosten, als auch auf die Auswahl der 3D-Drucker und Materialien, enorm weiterentwickelt.
Bei der Suche nach einem geeigneten Werkstoff stößt man schnell auf eine limitierte Anzahl von Materialien, denen eine Zulassung für den Einsatz in medizinischen Hilfsmitteln bescheinigt wurde. Unter diesen Materialien befindet sich auch der thermoplastische Werkstoff Polypropylen (PP). Das aus Spritzguss und Extrusion bekannte Material ist einer der meist verbreitetsten Kunstoffe der Welt und hat seine Tauglichkeit in zahlreichen technischen und medizinischen Anwendungen in den letzten Jahrzehnten unter Beweis gestellt. PP ist aus Umweltschutzsicht ein Kunststoff, der u.a. leicht und effizient recycelt werden kann, keine Weichmacher enthält, hautverträglich ist und als nicht gesundheitsschädlich eingestuft wird. PP besitzt außerdem eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Säuren, Basen, Alkohole und Wasser. Dadurch eignet sich PP perfekt als Werkstoff für Anwendungen im Bereich medizinischer Hilfsmittel. Die Kombination aus Bruchfestigkeit, Flexibilität und geringer Dichte bietet dem Patienten dabei einen hohen Tragekomfort und sorgt dafür, dass 3D-gedruckte Produkte aus PP leicht sind und mechanischen Belastungen problemlos standhalten.
Entscheidend für den Einsatz eines Werkstoffs in einem medizinischen Hilfsmittel ist außerdem die Sterilisierbarkeit und die Möglichkeit der Reinigung der Produkte z. B. in einer Spülmaschine. Im Gegensatz zu anderen gängigen 3D-Druck Materialien weist Polypropylen diese Eigenschaften in hervorragendem Maße auf. Der Einsatz von Polypropylen hat sich unter anderem in der Orthopädietechnik als sehr vielversprechend gezeigt. In der Fertigung von medizinischen Hilfsmitteln, wie z.B. Orthesen, eröffnet der 3D-Druck die Möglichkeit diese individuell auf den Patienten zuzuschneiden. Aufbauend auf den Vorteilen von PP wie die Bruchfestigkeit, Flexibilität, aber auch die geringe Dichte, können robuste und zeitgleich passgenaue Orthesen gefertigt werden. In diesem Zusammenhang erlaubt die additive Fertigung von Orthesen auch die Realisierung von neuartigen und komplexen Geometrien, die die Stabilisierung, Ruhigstellung, Entlastung, Führung oder Korrektur von Gliedmaßen oder des Rumpfes optimal unterstützen, den Tragekomfort erhöhen und den Heilungsverlauf verbessern.
Über die Orthopädietechnik hinaus bietet der 3D-Druck von PP Anwendungsmöglichkeiten für weitere medizinische Hilfsmittel. Hierzu zählen z.B. Schuheinlagen, die bereits über verschiedene additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden. Dabei wird die Fußsohle eingescannt und auf Basis dieses Datensatzes eine passgenaue Schuheinlage 3D-gedruckt. Darüber hinaus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für die Herstellung von individualisierten Adaptions-, Steh- oder Sitzhilfen, sowie Halterungen für Kommunikationshilfen. Für all diese Anwendungen ist das verwendete Material von entscheidender Bedeutung und jeweils an die eingesetzte 3D-Drucktechnik angepasst. Bei der geeigneten Auswahl eines Werkstoffs und Fertigungsverfahrens helfen 3D-Druck Spezialisten weiter.
Über die letzten Jahre hat sich die PPprint GmbH aufgrund seiner Fokussierung auf einen Werkstoff, zum Spezialisten für den 3D-Druck mit Polypropylen entwickelt. Ein wesentliches Einsatzgebiet ist dabei die Fertigung von medizinischen Hilfsmitteln, die dem medizin-spezifischen Anforderungsprofil entsprechen. Als Ausgründung aus der Universität Bayreuth kann die PPprint GmbH auf die jahrzehntelange Forschungserfahrungen seiner Gründer im Bereich der Polyolefine aufbauen. Resultierend auf den Ergebnissen der anwendungsbezogenen Grundlagenforschung, konnte die PPprint GmbH ein Produktportfolio entwickeln, das sich im Wesentlichen über ein für den 3D-Druck optimiertes Polypropylen-Material und eine zum Patent angemeldete spezielle Druckunterlage erstreckt. Die PPprint GmbH vereint Materialentwicklung und Druckservice im Lohnauftrag unter einem Dach und bietet ihren Kunden somit das Gesamtpaket der additiven Fertigung mit Polypropylen.
Der Artikel ist in der MEDengineering 4|2020 Printausgabe erschienen und ist unter folgendem Link zu finden: https://med-eng.de/2020/10/12/3d-druck-mit-polypropylen/
Mehr Informationen zum Eigenschaftsprofil von PP finden Sie unter: https://www.ppprint.de/#vorteilepp