3D-Druck optimiert die Herstellung von Geräten zur Röntgentherapie

Quelle: © EAH Jena

In diesem Projekt unterstützte die Modellfabrik die WOLF-Medizintechnik GmbH bei der Auswahl eines geeigneten 3D-Druck-Materials und -Verfahrens zur Herstellung von Produktkomponenten in der Medizintechnik.

Problemstellung

Die Wolf Medizintechnik GmbH fertigt und vertreibt Geräte und Anlagen für die Röntgentherapie. Um Krebszellen gezielter bestrahlen zu können, wird in einem Therapieansatz, ein stabförmiger Applikator (siehe Bildmitte) direkt in die Operationswunde eingeführt. Eventuell im Operationsbereich verbleibende Krebszellen können so vor Ort abgetötet werden.

Der stabförmige Applikator wird vor jedem Einsatz bei 130°C sterilisiert, was die Lebensdauer auf weniger als 50 Sterilisationszyklen beschränkte. Grund dafür waren die Einzelteile aus verschiedenen Materialien (Kunststoff und Metall), die zum Applikator miteinander verklebt wurden. Bei den hohen Sterilisationstemperaturen dehnten sich die einzelnen Komponenten verschieden stark aus, was zu Verschleißerscheinungen führte. Zudem war das Fügen der Einzelteile sehr zeitaufwendig und mit erheblichem personellem Aufwand verbunden, so dass die Herstellung wenig wirtschaftlich und eine Fertigung von hohen Stückzahlen nicht möglich war. Die Abhängigkeit von Zulieferern der Einzelkomponenten erschwerte zusätzlich eine flexible und schnelle Bearbeitung von Kundenanfragen.

Zielsetzung

Ziel des Projektes war es zu evaluieren, durch welche 3D-Druck-Techniken und mit welchen Materialien der Applikator vor Ort in der Wolf Medizintechnik GmbH (WOmed) hergestellt werden kann. Dabei musste das Material die medizintechnischen Anforderungen erfüllen: Sterilisationsbeständigkeit und die ausreichend hohe Biokompatibilität für den Einsatz in einer Operationswunde.

Projektbeschreibung

Das Unternehmen hatte bereits verschiedene Ansätze entwickelt, um die Herstellung des Applikators zu verbessern, darunter einen, der die Herstellung einer Einzelkomponente im 3D-Druck vorsah. Jedoch lieferten die Tests kein zufriedenstellendes Ergebnis.

Die Jenaer Modellfabrik unterstütze die WOLF-Medizintechnik zunächst bei der Bewertung dieser Testdrucke. Es zeigten sich Lufteinschlüsse, die eine gleichmäßige Bestrahlung beeinträchtigen und Verklebungen lösten sich schon unter normalen Einsatzbedingungen. Für diese Fehler wurden mögliche Ursachen betrachtet und anschließend alternative Lösungsansätze erörtert sowohl hinsichtlich der verwendbaren Materialien, als auch der einsetzbaren Drucktechnologien.

Da es sich um eine medizintechnische Anwendung mit hohen regulatorischen Anforderungen handelt, ist die Auswahl von Materialien und Drucktechnik sehr komplex. Aus diesem Grund wurden die spezifischen Anforderungen zum Beispiel hinsichtlich Zertifizierungsfragen detaillierter betrachtet und aufgenommen. Resultierend daraus beinhalteten Vorschläge zur Anpassung der Konstruktion die Reduzierung der Anzahl an Einzelteilen und Klebeverbindungen.

Ausgehend von diesen Ergebnissen vernetzte die Modellfabrik das Unternehmen mit der BURMS – 3D Druck Jena GmbH & Co.KG, einem auf Medizintechnik spezialisierten 3D-Druck-Dienstleister. Es folgte ungefähr ein Jahr gemeinsame Entwicklungszeit, bis die WOLF Medizintechnik schließlich Anfang Oktober 2021 ihren eigenen 3D-Drucker in St. Gangloff in Betrieb nahm. Er wurde speziell für die Herstellung der Applikatoren aus Kunststoff und mit Hinsicht auf die hohen medizintechnischen Anforderungen angepasst.

In die Entwicklung und Anschaffung der Anlage investierte WOLF Medizintechnik mehrere zehntausend Euro. Man ist sich sicher, dass sich diese Investition bezahlt macht, denn die Applikatoren können nun in einem Stück, zeitlich flexibel und unabhängig von Dritten sowie deutlich wirtschaftlicher gefertigt werden. Eine Besonderheit ist zudem, dass während des Druckprozesses ein RFID-Chip mit verdruckt wird. Damit sind die eindeutige Identifizierung, der Nachweis über Einsatzhäufigkeit und -dauer sowie eine automatisierte Information, wann die Komponente ausgetauscht werden muss, möglich.