3D Bio Printer

Die neueste Technologie im Bereich additive Fertigung.

Mit dem 3D-Druck lassen sich komplizierte Geometrien maßgeschneidert auf den Patienten herstellen ohne Materialverlust und ohne Erfordernis einer Gussform.

Durch das gedruckte Biomaterial erübrigt sich die wie bisher übliche Entnahme von Körpereigenem Knochenmaterial. Auch mögliche Abstoßungsreaktionen des Körpers auf die implantierten Fremdkörper werden weitgehend vermieden.

Der von Niederberger Engineering AG entwickelte 3D-Drucker für Biomaterial ist in der Lage, hochpräzise Knochenreplikationen aus Biomaterial zu produzieren und verwendet dabei als weltweit einziger 3D-Drucker ein eigen dafür entwickeltes System mit einem Druckkopf, der sich an acht Seilen aufgehängt in sechs Achsen frei und hochpräzise im Raum bewegen kann und dabei noch schwenkbar ist. Anders als bei herkömmlichen Seilrobotern verwendet dieses System acht Seile, welche alle separat über einen Motor angesteuert werden.

Der Druckprozess verläuft dadurch anders als bei den bisherigen auf dem Markt erhältlichen Systemen genuin dreidimensional. Als Vorlage für das zu replizierende Knochenteil dient beispielsweise ein individueller computertomographischer Scan direkt vom Patient.

Das Material wird im Druckprozess als poröse Struktur synthetisiert; Nach einer Transplantation verbindet sich nun das umliegende Gewebe mit dem künstlichen Knochen, dabei werden die Zwischenräume des porösen Gewebes von Blutgefäßen durchdrungen und mit körpereigenen Knochenzellen gefüllt, sodass sich nach dem Abbauen des organischen Kunststoffs ein neuer Knochen gebildet hat.

Zur Verstärkung können während dem Druckprozess Titan-Stäbe eingearbeitet werden, damit die Knochen an stark beanspruchten Stellen direkt nach dem Einsetzen voll belastbar sind.

In einem weiteren Arbeitsschritt kann die Maschine bei Bedarf mittels entsprechenden Fräs-Werkzeug nachträgliche Bearbeitungen (Löcher, Nute etc.) in die fertige Oberflächenstruktur des 3D-Druckobjekts fräsen, damit das Druckobjekt bei einer späteren Verschraubung oder Montage eines Gelenks bereits die dafür notwendigen Anschlüsse vorweist.

Der entscheidende Vorteil des patentierten sechsachsigen Seilsystems liegt in der Optimierung der reibungslosen Abläufe innerhalb der Chirurgie: Nachdem ein Druckvorgang abgeschlossen wurde, lässt sich das System anders als die mit deutlich mehr mechanischen Teilen arbeitenden herkömmlichen 3D-Drucker leicht demontieren und zusammen mit dem übrigen Operationsbesteck in den bereits in den chirurgischen Abteilungen existierenden Desinfektionsanlagen sterilisieren, sodass für den nächsten Druckprozess eine vollkommen keimfreie Apparatur zur Verfügung steht.

Das Druckobjekt entsteht in einem vollständig abgekapselten Arbeitsraum. So werden Einflüsse der Umgebung, wie Staub, Schmutz, Bakterien, vermieden. Dieser kann unter Überdruck, Vakuum oder Schutzgasatmosphäre gesetzt werden, um Reaktionen des Biomaterials mit der Umgebungsluft zu vermeiden. Zudem kann der Arbeitsraum geheizt werden. Durch Sichtfenster kann der Druckprozess beobachtet werden.

Der 3D-Drucker für Biomaterial verwendet das Prinzip des Seilroboters für die Positionierung des Druckkopfes. Dieses verwendet acht Seile, um den Manipulator in allen sechs Freiheitsgraden zu positionieren und zu belasten.

Prototyp

Patent

Niederberger Engineering AG • www.niederberger-engineering.ch • info@niederberger-engineering.ch • Copyright © 2021 •Alle Rechte vorbehalten

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