Investition in Wachstum und Beschäftigung

Das folgende Projekt wird gefördert von der Europäischen Union -
Europäischer Fonds für regionale Entwicklung.

Bei Defekten des Knochens, die so schwerwiegend sind, dass die Selbstheilung des Organismus ohne geeignete Ersatzstrukturen nicht möglich ist, ist eine Patienten-spezifische Therapie erforderlich. Obwohl dies sofort plausibel erscheint, ist die Individualisierung implantierbarer Ersatzstrukturen erst seit kurzem mit einem hohen Standard möglich. Mit Hilfe der kombinierten additiven und subtraktiven Fertigung ist es im Prinzip möglich, in der Orthopädie und Unfallchirurgie biomechanische Knochenfixationsplatten und chirurgische Nägel sowie bioresorbierbare Scaffolds und ganze Gelenkimplantate präzise auf den jeweiligen Patienten angepasst herzustellen. Im Bereich der Kiefer- und Gesichtschirurgie wünscht man sich darüber hinaus zum Beispiel individualisierte Implantate für orbitale und kraniale Defekte, Implantate bei Umstellungsosteotomien und personalisierte chirurgische Schnittführungen in der rekonstruktiven Kopf-Halschirurgie. Um den im Bereich der Orthopädie aufkommenden Kräften und Momenten auf der einen Seite in hoher Reproduzierbarkeit standzuhalten und auf der anderen Seite auch die Anforderungen an die Biokompatibilität und gegebenenfalls die Bioresorbierbarkeit sowie die mikrobiologische Resistenz und Sterilisierbarkeit der Implantat- Oberflächen zu erfüllen, soll in diesem Projekt die Verwendung von simultaner additiver und subtraktiver Fertigung von Implantaten mit metallischen Materialien eingehend untersucht werden.

Die Förderung

Das Institut für Medizintechnik und viele weite Institute haben in den letzten Jahren eine sehr große Erfahrung im Bereich des 3D-Drucks aufgebaut. Sie konnten diese Technologie und Erfahrung nutzen, um Kernforschungsthemen voranzutreiben. Bei diesen Forschungsprojekten waren die Akteure auf dem Campus Lübeck bis zum Start dieser Förderung auf additive nichtmetallische Fertigungsprozesse beschränkt. Viele Forschungsaspekte, gerade im Bereich der individualisierten Medizintechnik, sind nur mit metallischer additiver Fertigung effizient zugänglich. Nur durch eine solche infrastrukturelle Ausstattung kann der Standort Lübeck auch in der Zukunft Spitzenforschung im Bereich der Medizin und Medizintechnik leisten. Ziel dieser Förderung ist daher eine Stärkung des Standorts durch eine Investition in einen Metall-3D-Drucker. Hierdurch soll gewährleistet werden, dass Forschungsfragen, wie sie eingangs beispielhaft aufgeführt wurden, durchgeführt werden können.

Beim selektiven Laserschmelzen wird der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform in einer dünnen Schicht auf einer Grundplatte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird die Grundplatte um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten umgeschmolzen sind. Das fertige Bauteil wird vom überschüssigen Pulver gereinigt, nach Bedarf bearbeitet oder sofort verwendet. Die für den Aufbau des Bauteils typischen Schichtstärken bewegen sich für alle Materialien zwischen 15 und 500 μm. Die Daten für die Führung des Laserstrahls werden mittels einer Software aus einem 3D-CAD-Körper erzeugt.

Durch selektives Laserschmelzen gefertigte Bauteile zeichnen sich durch große spezifische Dichten aus. Dies gewährleistet, dass die mechanischen Eigenschaften des generativ hergestellten Bauteils weitgehend denen des Grundwerkstoffs entsprechen. Jedoch ist es hierbei, im Gegensatz zu konventionellen Fertigungsverfahren, auch möglich, Bauteile nach bionischen Prinzipien zu optimieren. Ebenso können durch additive Methoden ganz spezielle mechanische Eigenschaften realisiert werden, indem ein Bauteil mit selektiven Dichten schichtweise aufgebaut wird.

Die additive Fertigung ist eine disruptive Technologie, die die konventionelle Fertigung in bestimmten Bereichen nach und nach verdrängen kann. Es wird erwartet, dass die Rolle des Wissenschaftscampus Lübeck mit einer Core-Unit zum 3D-Druck – mit dieser Investition als Schlüsselbaustein – einen zentralen Anlaufpunkt für die Wirtschaft darstellen wird. Die sich daraus für die Region entwickelnden Strukturen werden mit Veranstaltungen wie der 3D-Week weiter gefördert, die vom Institut für Medizintechnik in Kooperation mit dem Technologiezentrum Lübeck TZL und der Infinite Science GmbH 2020 bereits zum zweiten Mal stattfinden wird. Lübeck wird durch die 3D-Week und diese Investition auf der 3D-Landkarte regional, national und international eine herausgehobene Sichtbarkeit gegeben, die die bereits etablierte Stärke in der Medizintechnik für die wirtschaftliche und wissenschaftliche Zukunft Schleswig-Holsteins stärkt.