Een chirurg kan straks zelf in de operatiekamer een implantaat printen, zoals een nieuwe rib. Dat is mogelijk dankzij een speciale 3D-printer voor medische implantaten. Het Institut für Fertigungstechnik aan de TU Graz ontwikkelde daarvoor een nieuwe methode. Dit 3D-metaaldruk proces werkt niet met een laser, maar met LED.
In de implantaatgeneeskunde wordt al reikhalzend uitgekeken naar een technische doorbraak op dit gebied. De nu beschikbare oplossingen voor medische implantaten voldoen vaak niet of onvoldoende. De noodzakelijke operaties zijn zwaar voor de patiënten. Met LED-3D-metaalprinten kan het productieproces van medische implantaten worden geoptimaliseerd.
3D-metaalprinten in de operatiekamer
Bij de huidige methoden moet het beschadigde gedeelte eerst door middel van een operatie worden opgemeten. Als op basis daarvan een implantaat is gemaakt, moet dit in een tweede operatie bij de patiënt worden aangebracht. Het zou ideaal zijn als een implantaat direct al bij de eerste ingreep, ter plekke in de operatiekamer kan worden geproduceerd. Dat voorkomt dan een tweede operatie met de daarbij behorende risico’s.
Het voordeel van het in de kliniek zelf produceren van medische implantaten is dat de lijnen kort zijn. Ook zijn de eigenschappen van dat individueel gemaakte implantaat erg goed,´ zegt Franz Haas, hoofd van het Instituut voor Productietechniek. Aan het productieproces in een operatiekamer zijn echter wel zeer strenge veiligheidseisen verbonden.
Risicofactoren in een klinische omgeving
Momenteel werkt 3D-printen op basis van het zogenoemde SLM-proces. Daarbij smelt een laser metaalpoeder.
„De huidige printers hebben lasers met een hoog vermogen. Daardoor verbruiken ze verhoudingsgewijs veel poeder. Beide zaken zijn in een klinische omgeving een risicofactor,´ aldus Franz Haas.
Haas ontwikkelde met zijn medewerkers een minder risicovolle techniek. Daarbij gebruikt hij LED-techniek. Bij deze manier van printen is een LED-lichtstraal verantwoordelijk voor het doen smelten van het metaalpoeder.
Zo werkt het printen van metaal in 3D
Het gebruikelijke op lasers gebaseerde printproces bij metaaldruk in 3D, verloopt in drie fasen. In de eerste fase vindt de constructie en de ‘pre-processing’ plaats. Bij de pre-processing wordt het benodigde onderdeel eerst in CAD ontworpen en vervolgens opgedeeld in een groot aantal dunne laagjes. De informatie over die laagjes wordt rechtstreeks in de printer ingevoerd. In de printer smelt een laser op basis van de gegevens over zo’n laagje, punt voor punt zoveel metaalpoeder als nodig is voor de productie van die laag. Zo bouwt het systeem van onder af aan, laag voor laag het benodigde onderdeel op. De bodem van de printer en de complete bouwruimte zit helemaal vol met metaalpoeder. De laser smelt uitsluitend die plekken in de metaalpoederlaag, die nodig zijn om het onderdeel te kunnen maken. Als dat gereed is, wordt het overige metaalpoeder afgezogen. In de laatste fase van het productieproces -de post-processing- worden de steunconstructies van het onderdeel verwijderd. Als dan ook nog de aansluiten kwaliteitscontrole en de oppervlakafwerking is voltooid, kan het geprinte deel worden gebruikt.
In deze video legt Franz Haas uit hoe het gebruikelijke metaalprinten werkt.
Voordeel van het printen met LED
De toepassing van LED bij het 3D-printen heeft volgens de onderzoekers heel wat voordelen:
- LED-bronnen zijn goedkoper en ook voor vlakken te gebruiken. Daardoor kan het drukken heel veel sneller verlopen.
- Het systeem werkt met veel kleinere hoeveelheden metaalpoeder.
- De steunconstructies kunnen tot het minimum worden beperkt.
- Er zijn drie verschillende belichtingsstrategieën die gecombineerd kunnen worden en aangepast kunnen worden aan het te printen onderdeel.
- Er is niet zoveel gas nodig.
- De nabewerking vindt gelijktijdig plaats met het drukproces, waardoor de productie nog sneller kan verlopen.
Bouw van een eigen 3D-metaalprinter
Er is inmiddels octrooi aangevraagd voor dit LED 3D metaalprintproces onder de naam SLEDM. Haas’ belangrijkste doel is de kleinschalige productie van een eigen printsysteem aan de Graz University of Technology. Het moet de serieproductie van metaalprinters voor de vakgebieden medische mobiliteit en implantaatgeneeskunde mogelijk maken.
Ook interessant:
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
