Produkt des Monats
Generativ zur Chirurgie
24.11.2009
Rapid Manufacturing: Operationen an der Wirbelsäule gehören zu den anspruchvollsten und schwierigsten Eingriffen. Präzision und die Zuverlässigkeit der Instrumente spielen eine wichtige Rolle. DePuy Spine, Hersteller von Implantaten und Instrumenten zur Wirbelsäulenchirurgie, setzt auf Laser-Sinter-Anlagen von EOS.
Mit dem zunehmenden Einsatz von minimal invasiver Chirurgie (MIC) bei der operativen Behandlung von Wirbelsäulenproblemen fordern Chirurgen immer ausgefeiltere Hilfsmittel und Instrumente. Die müssen so dimensioniert sein, dass sie einen verbesserten Zugang und die Steuerung über kleinere Einschnitte ermöglichen, aber ausreichend Stabilität aufweisen, um Knorpel und Knochen sicher zu durchtrennen.
Einen Chirurgen mit den für ihn passenden Instrumenten zu versorgen und neue und maßgefertigte Modelle bereitzustellen ist langwierig. Die Entwicklung von Prototypen, Korrekturen, die Auswahl der Werkstoffe, die Erprobung und die endgültige Fertigung der Instrumente können Monate dauern.
Nun ist es einem der größten Hersteller von Implantaten und Instrumenten für die Wirbelsäulenchirurgie, DePuy Spine in Raynham (Massachusetts, USA) gelungen, diese Entwicklungszeiten drastisch zu senken. DePuy Spine setzt dabei auf Laser-Sinter-Technologie von EOS. Das Verfahren ermöglicht die schnelle, flexible und kostengünstige Fertigung von hochkomplexen und individualisierten Produkten direkt aus elektronischen Daten.
DePuy Spine arbeitet eng mit führenden Klinikärzten und Forschern zusammen. Ziel ist, Erkenntnisse und Erfahrungen von Experten und Patienten zu sammeln und in die Weiterentwicklung einfließen zu lassen – maßgeschneiderte Instrumente für die Chirurgie von morgen. Mit lediglich einer DMLS-Maschine EOSint M 270 wurden bei DePuy schon im ersten Jahr 1300 chirurgische Teile entwickelt, darunter Biegeinstrumente, Extraktoren, chirurgische Schrauben, Reduktionsinstrumente und weitere Hilfsmittel.
Darüber hinaus haben sich die Lieferzeiten für Prototypen von chirurgischen Instrumenten von mehreren Monaten auf weniger als eine Woche verringert. „Das Laser-Sintern eignet sich hervorragend für unser Arbeitsumfeld, weil wir vor allen Dingen schnell produzieren müssen”, erklärt Peter Ostiguy, Team-Leiter bei DePuy. „Die Schnelligkeit, mit der wir die von ihnen gewünschten Instrumente fertigen, hat unsere Chirurgen sehr beeindruckt.” Die Meinung der Chirurgen hat dabei sehr viel Gewicht. „Wir arbeiten mit den Vordenkern auf diesem Gebiet zusammen. Viele von ihnen besuchen jedes Jahr unser Rapid-Prototyping-Labor”, erläutert Ostiguy. „Die drastische Beschleunigung der Entwicklungsphase von chirurgischen Instrumenten lässt sich eindeutig darauf zurückführen, dass die M 270-Anlage von EOS mehrere Iterationen eines Prototyps binnen weniger Tage anfertigt.”
Kunststoff-Prototyp
Das Entwicklungsteam bei DePuy arbeitet zunächst mit einem Basisdesign. Ein 
Kunststoff-Prototyp wird Chirurgen vorgeführt, um deren Feedback einzuholen. Das Design wird danach überarbeitet. Anschließend fertigt DePuy per DMLS einen Prototyp aus Metall. Der DMLS-Prozess basiert auf den CAD-Daten des jeweiligen Produkt-Designs, das anschließend auf der Bauplattform der DMLS-Anlage erzeugt werden soll. Die Bauraumgröße der Anlage beträgt 250×250x215mm.
Die beratenden Ärzte sind in ihren Anforderungen an Instrumente wie Klingen, Ablagen, Pinzetten und TastÂzanÂgen durchaus anspruchsvoll. „Nach Durchsicht der Teile fordern sie mitunter andere Griffwinkel oder Federstärken”, sagt Ostiguy. „Es ist sehr leicht, das CAD-Design entsprechend abzuändern und eine weitere Iteration herzustellen. Mit Laser-Sintern können wir all diese Wünsche sofort umsetzen.” Das DMLS-Verfahren hat einen Paradigmenwechsel bei der Werkzeugkonstruktion bewirkt. „Unsere Konstruktionen zielen nicht mehr auf Herstellbarkeit, sondern auf Funktionalität”, erklärt Ostiguy. „Als Konstrukteure waren wir früher ständig damit beschäftigt, wie wir etwas innerhalb von Prozessgrenzen herstellen können. Mit dem EOS-Verfahren spielen diese Grenzen keine Rolle mehr.”
Aufgrund ihres Erfolgs mit dem DMLS-Verfahren bei der Produktentwicklung hat DePuy eine weitere ÂEOSint M 270 erworben. Sie lässt sich so programmieren, dass sie Schichten mit einer Dicke von 20 oder 40µm bildet. Bei einer dickeren Schicht verringert sich die Bauzeit, eine dünnere Schicht ermöglicht eine höhere Detailgenauigkeit. Die Anlage kann zudem eine Vielzahl von Werkstoffen verarbeiten.
