Anwendungen von 3D- und 4D-Druck
Im Bereich der personalisierten Medizin eröffnet der 3D-Druck neue Möglichkeiten und ermöglicht neue Anwendungen.
Objekte werden dreidimensional eingescannt, um am Computer ein 3D-Modell zu generieren und es anschließend dreidimensional auszudrucken. Dazu wird schichtweise das Ausgangsmaterial, das in Form von Pulver oder Granulat (Gips, Kupfer, Kunststoff) vorliegt, aufeinander gedruckt. Gerade im Bereich der personalisierten Medizin eröffnet der 3D-Druck neue Möglichkeiten. Die Medizintechnik erstellt damit u.a. bereits Organe und Implantate. Eine besondere Art des 3D-Drucks stellt das sogenannte Bio- Printing dar. Diese Biodrucker drucken aus zunächst gezüchteten Zellen beispielsweise Strukturen oder Gewebe. Die Technik verbessert medizinische medizinische Versorgung, vereinfacht Zulassungsverfahren und hebt Effizienzreserven.
In der Orthopädie können mithilfe der 3 D Technologie z.B. individuell maßgeschneiderte Knieprothesen hergestellt werden. Patienten mit Knieverschleiß bekommen dann statt einer generischen Prothese eine individuell angepasste. Zuvor informiert sich der behandelnde Arzt mithilfe von CT-Aufnahmen über die aktuelle Lage des Gelenks und darüber, wie weit das Knie vom „Idealmaß“ abweicht. Eine Software bereitet die Bilder auf und „übersetzt“ sie in ein Druckmodell. In einem nächsten Schritt entsteht die individuelle Knieprothese und auch Instrumente und Schnittschablonen für die Operation. Durch die genaue Anpassung ist das Gelenk in der postoperativen Frühphase beweglicher. Die individuell angepassten Prothesen eine hohe Operationssicherheit sowie Präzision Instrumente gewährleisten und sorgen dafür, dass beim Ein-bau der Prothese bis zu einem Viertel weniger Knochenmaterial verloren geht.
In der Zahnmedizin nutzen insbesondere Dentallabore digitale Zahntechniken. Sie stellen personalisierte Gipsmodelle und chirurgische Schablonen her. Außerdem passen sie Zahnersatz oder Verblendschalen (Veneers) an. Der Patient profitiert von genaueren Passformen, die individuell auf ihn eingestellt sind. Für die Labore bedeuten die 3D-Druckertechnologien einen beschleunigten Arbeitsprozess, wodurch Kapazitäten frei werden. Die Umstellung auf ein digitales Verfahren macht außerdem das Lagern von physischen Modellen entbehrlich. Die Entwicklung ist so weit fortgeschritten, dass verschiedene Druckermodelle – vom kleinen Praxismodell bis zum großen Dentallabordrucker – im Angebot sind.
Das erste Medikament aus dem 3D-Drucker ist bereits von der amerikanischen Zulassungsbehörde FDA zugelassen worden. Beim Medikamenten-druck werden nacheinander Schichten des Pulvers, das den Wirkstoff enthält, gedruckt. Mithilfe einer Flüssigkeit werden in einem nächsten Schritt die Pulverlagen zusammengefügt. Auf diese Weise können besonders hochdosierte Mengen in nur einer kleinen Tablette verabreicht werden, was besonders Patienten mit Schluckbeschwerden oder älteren Menschen zugute kommt. Eine poröse Oberfläche sorgt für eine schnellere und bessere Resorption des Wirk-stoffs. Außerdem ist es möglich, Tabletten in unterschiedlichen Formen zu drucken. Das ist deshalb von Bedeutung, weil das Oberflächen- Volumenverhältnis der Pille für die Wirkstoffabhängigkeit verantwortlich ist.
Ausblick 4 D Druck: Zuletzt haben Bioingenieure in den USA einen innovativen Bioprinter entwickelt, der lebensfähige Implantate in einer realen Größe druckt, die beispielsweise als Ersatz von Schädelknochen oder Ohren verwendet werden können. Die Anwendung am Menschen wird jedoch noch dauern, da bislang noch geforscht wird. Im Bereich des 4D-Drucks ist die Forschung ebenfalls aktiv. Die vierte Dimension bezeichnet den Faktor Zeit. Das bedeutet, dass sich Implantate künftig im Zeitverlauf und damit mit dem Patienten verändern können.