Additive Fertigung Wie Mikro-3D-Druck die Innovation von Medizinprodukten transformiert

Anbieter zum Thema

BMF Boston Micro Fabrication

HSB Normalien GmbH

motan gmbh

Traditionelle Fertigungsmethoden haben häufig Schwierigkeiten, den strengen Anforderungen moderner Medtech-Anwendungen gerecht zu werden, die Mikrostrukturen und eine hohe Biokompatibilität erfordern. Dieser Beitrag zeigt, wie mikropräziser 3D-Druck Entwicklern von Medizinprodukten dabei hilft, konventionelle Hürden zu überwinden, Entwicklungszyklen zu beschleunigen und höhere Versorgungsstandards zu erreichen.

Der Drang, immer mehr Funktionalität in zunehmend kleinere Geräte zu integrieren, verändert die Medizintechniklandschaft grundlegend. Branchenweit ist ein klarer Trend zur Miniaturisierung sowie zur Personalisierung erkennbar, getragen von unermüdlichen technologischen Fortschritten. Diese Entwicklung erweitert die Einsatzmöglichkeiten bestehender Geräte, treibt Technologien für Implantate und Diagnostik voran und transformiert Lösungen für die Wirkstoffabgabe, chirurgische Instrumente und vieles mehr.

Unabhängig davon, ob ein Gerät in der Hand eines Chirurgen gehalten oder von einem robotischen Endeffektor bedient wird, müssen Entwicklungsteams äußerst enge Toleranzen einhalten, da Patienten sehr empfindlich auf das Eindringen größerer medizinischer Instrumente reagieren. Präzision ist daher von entscheidender Bedeutung. Gleichzeitig muss diese Präzision mit der Fähigkeit in Einklang gebracht werden, biokompatible Produkte zu entwickeln, die weniger Montageschritte erfordern, um Risiken zu minimieren und Produktionskosten zu kontrollieren.

Mit der zunehmenden Komplexität moderner Medizinprodukte bleiben im Gesundheitswesen erworbene Infektionen (HAI) ein zentrales Anliegen im Entwicklungsprozess. Einweg-Instrumente reduzieren das Risiko solcher Infektionen wirksam, doch viele komplexe Medizinprodukte sind für den wiederholten Einsatz ausgelegt und erfordern daher strenge Reinigungs-, Sterilisations- und Desinfektionsprotokolle. Um diesen konkurrierenden Anforderungen gerecht zu werden, benötigt die Branche Fertigungslösungen, die sowohl höchste Genauigkeit als auch agile Entwicklungsmöglichkeiten bieten. Genau hier erweist sich der mikropräzise 3D-Druck als transformative Lösung, da er die ultrahohe Auflösung und Gestaltungsfreiheit bietet, die erforderlich sind, um innovative Medizinprodukte zu entwickeln, bei denen konventionelle Verfahren an ihre Grenzen stoßen.

Ein anschauliches Beispiel ist das moderne Endoskop – ein unverzichtbares diagnostisches Instrument, das aus einem flexiblen Schlauch mit integrierter Lichtquelle und Kamera besteht. Endoskope ermöglichen es Ärzten, den Gastrointestinaltrakt (GI) oder den Hals-Nasen-Ohren-Bereich (HNO) eines Patienten zu untersuchen und verdeutlichen die erheblichen Herausforderungen der Miniaturisierung. Da diese anatomischen Bereiche eine hohe bakterielle Belastung aufweisen, ist das Risiko von Patienteninfektionen beträchtlich, was den Bedarf an hochentwickelten, äußerst präzisen Komponenten erhöht. Um sich sicher im menschlichen Körper bewegen zu können, müssen Kameras und Lichtquellen für die Endoskopie extrem klein sein. In der Gastroenterologie eingesetzte Endoskope haben heute Durchmesser von unter 7 mm erreicht, während Instrumente für kardiovaskuläre Anwendungen Durchmesser von etwa 1 mm aufweisen. Mit der weiteren Verkleinerung dieser Geräte steigen Zeitaufwand und Komplexität der Montage exponentiell an. Durch die Reduzierung der Montageschritte können Hersteller die Zykluszeiten jedoch erheblich verkürzen.

AdditivX | 26. Januar 2027

Additive Fertigung als Werkzeug für Supply Chain, Produktion und Service

Die Tagung soll zeigen, wie Kunststoff- und auch Metall-3D-Druck als strategisches Werkzeug für Ersatzteile eingesetzt werden kann – unabhängig von der Branche. Im Mittelpunkt stehen Materialien, Prozesse, Wirtschaftlichkeit und Integration in bestehende Produktions- und Instandhaltungsstrukturen auch aus weiteren Bereichen der additiven Fertigung.

Schwerpunkte der Veranstaltung:

• Additive Transformation @ Daimler Truck & Buses (Keynote)

• Welche material- und prozesstechnischen Anforderungen muss ein Hochleistungswerkstoff in der additiven Fertigung erfüllen?

• Digitales Ersatzteillager: Fiktion oder Realität?

• Regulatorisches

• Highlight: Führung durch das SKZ Technikum

Jetzt Ticket buchen

Überwindung traditioneller Fertigungsgrenzen

Traditionell greifen Ingenieure auf Mikrospritzguss oder CNC-Bearbeitung zurück, um sehr kleine, komplexe Bauteile herzustellen. Diese Verfahren führen jedoch häufig zu erheblichen Engpässen. Die Durchlaufzeiten für Werkzeuge können mehrere Monate betragen, und die damit verbundenen Kosten sind insbesondere in der iterativen Prototypenphase hoch.

Zwar entfällt beim 3D-Druck die Notwendigkeit teurer Werkzeuge, doch viele konventionelle Systeme sind nicht in der Lage, kleine Bauteile mit den für medizinische Anwendungen erforderlichen engen Toleranzen und der hohen Auflösung herzustellen. Das Fused Deposition Modelling (FDM) liefert Bauteile mit vergleichsweise geringer Präzision, während die Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP) zwar eine sehr hohe Präzision erreicht, jedoch für eine schnelle und skalierbare Produktion zu langsam ist. Die Projection Micro Stereolithography (PμSL)-Technologie schließt diese Lücke. Die PμSL-Plattformen von Boston Micro Fabrication (BMF) fertigen mikrostrukturierte Bauteile schnell aus biomedizinischen Kunststoffen und erreichen dabei eine Auflösung von 2 µm sowie eine Genauigkeit von ±10 µm in der Serienfertigung. Diese Fähigkeit befreit Entwickler von den Einschränkungen traditioneller Fertigung, etwa der Notwendigkeit gleichmäßiger Wandstärken und Entformungsschrägen, und ermöglicht es ihnen, die Funktionalität von Komponenten vollständig zu optimieren.

Mikro-3D-Druck in der Praxis: Vom Konzept zur klinischen Realität

In realen Medizintechnik-Umgebungen zeigt sich der praktische Nutzen des Mikro-3D-Drucks darin, dass er zentrale Herausforderungen und Einschränkungen überwindet, mit denen Unternehmen an der Spitze der Medizinproduktentwicklung konfrontiert sind. So stand beispielsweise der BMF-Kunde RNDR Medical – ein Team, das sich auf fortschrittliche Medizinprodukte in den Bereichen Endoskopie, Urologie und Kardiologie spezialisiert hat – vor strengen Anforderungen hinsichtlich Größe, Leistung und ingenieurtechnischer Präzision, als es ein neuartiges Einweg-Ureteroskop zur Marktreife bringen wollte. Die mikroskalige distale Spitze des Geräts musste eine hochauflösende Kamera, Beleuchtung sowie Spülkanäle aufnehmen und das innerhalb eines Durchmessers von nur 3,30 mm. Traditionell hätten diese Funktionen aufwendige und kostspielige Mikroformverfahren erfordert, was den Entwicklungsprozess erheblich verlangsamt hätte. Durch den Einsatz des mikropräzisen 3D-Drucks von BMF konnte RNDR Medical seine Iterationszyklen deutlich beschleunigen und den Weg vom Design zum optimierten Produkt von Monaten auf wenige Tage verkürzen. Die geometrische Genauigkeit und Materialintegrität der 3D-gedruckten Bauteile ermöglichten es, dass die distalen Spitzen präklinische Tests in einer simulierten Anwendungsumgebung erfolgreich bestanden und die gesamte Entwicklungszeit halbiert wurde.

Ähnliche Fortschritte in Bezug auf Entwicklungsgeschwindigkeit und Produktpräzision zeigen sich auch bei anderen Innovatoren der Branche. Ein weiteres Beispiel ist Sutrue, ein Unternehmen, das sich auf minimalinvasive chirurgische Instrumente spezialisiert hat. Angesichts der hohen Kosten und des Zeitaufwands für die Bearbeitung kritischer Komponenten ihres automatisierten Nahtsystems entschied sich Sutrue für den Mikro-3D-Druck als effizientere Lösung. Die mikropräzise Technologie von BMF ermöglichte es dem Team, schnell mehrere Designvarianten zu produzieren und mit feinen Details sowie Toleranzen zu experimentieren, bis die optimale Lösung für ihr Gerät gefunden war. Laut dem Team von Sutrue war dieses Rapid Prototyping entscheidend, um ihre Konstruktionsideen in voll funktionsfähige Prototypen zu überführen, und schließlich in ein neuartiges chirurgisches Instrument, das deutlich effizienter als mit herkömmlichen Fertigungsmethoden zur Marktreife gebracht werden konnte. Letztlich war es die von BMF erreichte Präzision im Mikrobereich, die den entscheidenden Unterschied machte und die Transformation vom ersten Konzept zur klinischen Realität ermöglichte.

Über die Instrumentierung hinaus ermöglicht die breite Vielseitigkeit des mikropräzisen 3D-Drucks auch transformative Fortschritte im Bereich therapeutischer Geräte. IMcoMET, ein aufstrebendes Biotech-Unternehmen mit Spezialisierung auf Krebsimmuntherapie, hat einen neuen Ansatz entwickelt, der Mikrofluidik und Mikronadeln nutzt, um das Tumormikromilieu gezielt zu beeinflussen. Die Wirksamkeit ihres Systems hängt maßgeblich von der Fähigkeit ab, Kappen und Abdeckungen herzustellen, die Nadeln mit einem Abstand von nur 20–40 µm präzise halten und ausrichten. Solche Anforderungen, die mit herkömmlichen SLA- oder Massenfertigungsverfahren nicht zu erfüllen sind. Der mikropräzise 3D-Druck schließt diese entscheidende Lücke und liefert IMcoMET nicht nur die erforderliche Miniaturisierung, sondern auch die notwendigen Materialien und Toleranzen für ein kommerziell tragfähiges Produkt.

Hochpräzise Fertigung für die nächste Generation von Medizinprodukten

Da Ingenieure für Medizinprodukte kontinuierlich vor der Herausforderung stehen, immer mehr Funktionen auf kleinstem Raum zu integrieren, erfordert die anhaltende Nachfrage nach hochfunktionalen Einwegkathetern, fortschrittlicher Diagnostik und minimalinvasiven Verabreichungssystemen skalierbare, hochpräzise Fertigungslösungen. Indem mikropräziser 3D-Druck – beispielhaft durch Technologien wie PµSL – hochgradig individualisierte und funktionsreiche Produkte ermöglicht, die über die Grenzen traditioneller Verfahren hinausgehen, etabliert er sich zunehmend als Schlüsseltechnologie der nächsten Generation der Medizintechnik.