«In der Medizin ist ein Entwicklungsschub zu erwarten»

Gideon N. Levy, Experte für Produktionstechnologie, sieht das grösste Potenzial des 3-D-Druckverfahrens bei der Herstellung individueller medizinischer Produkte.

Üben vor der Operation: Ein Arzt bearbeitet ein Modell eines Schädels, das mit einem 3-D-Drucker hergestellt wurde. Foto: PD

Üben vor der Operation: Ein Arzt bearbeitet ein Modell eines Schädels, das mit einem 3-D-Drucker hergestellt wurde. Foto: PD

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Die Aktien von 3-D-Printing-Firmen sind unter Druck. Es scheint sich eine gewisse Ernüchterung ­einzustellen. Stimmt der Eindruck?
Überhaupt nicht. Nehmen Sie die Dental- und Rekonstruktionsmedizin. Hier setzt sich 3-D-Printing gerade durch. Oder bei der Entwicklung von neuen Produkten in der Industrie, im Engineering, gehört 3-D-Printing heute für die Herstellung von Prototypen zum Standard. Dass weltweit in den nächsten drei Jahren Forschungsgelder von rund 7 Milliarden Euro bereitstehen, zeigt, wie viel man sich von der Weiterentwicklung dieser Herstellungsprozesse verspricht.

Wo steht die Entwicklung?
Erst ganz am Anfang. Vergleichbar mit dem Zeitpunkt, als der Transistor erfunden wurde, der den Weg für die Informationstechnologie frei machte. Beim 3-D-Printing ist man dabei, verschiedene Technologien, Materialien und Anwendungen miteinander zu kombinieren. Das wird viele neue Produkte schaffen.

Inwieweit haben sich die ­Herstellungsprozesse durch 3-D-Printing bereits verändert?
Wer industriell produziert, kann mit 3-D-Printing, oder Additive Manufacturing, wie wir sagen, heute Prototypen herstellen, die je nach Material sehr gute funktionale Tests zulassen, die nahe bei den Eigenschaften des Endproduktes liegen. Auch für die Herstellung von Endprodukten eröffnen sich neue Möglichkeiten. Umfragen zeigen, dass etwa 25 Prozent der mit Additive Manufacturing hergestellten Teile bereits heute für den Endverbraucher bestimmt sind.

Was sind Beispiele dafür?
Mit Additive Manufacturing kann man viel komplexere Strukturen herstellen als mit anderen Produktionsprozessen. Im Flugzeugbau lassen sich damit Metallteile fabrizieren, die über eine bessere Tragfähigkeit bei kleinerem Gewicht und Materialverbrauch verfügen.

Weitere Vorteile?
Es können neue Eigenschaften eingebaut werden. Zum Beispiel bei Spritzgussformen. Werden diese Formen mit einem 3-D-Drucker hergestellt, können zusätzliche Luftkanäle für die bessere Kühlung eingebaut werden. Wird das Endprodukt gegossen, kühlt es um 25 Prozent schneller aus. Das ist eine bemerkenswerte Produktivitätssteigerung.

Wie wirtschaftlich ist diese Art der Herstellung?
Hier kommt es auf die Betrachtung an. Wenn man den ganzen Lebenszyklus eines Produktes nimmt – von der Rohstoffgewinnung über die Produktion, die Nutzung inklusive Wartung sowie schliesslich das Recycling –, kann 3-D-Printing grosse Vorteile bieten. Aber klar, billige Massenware wie Plastikbesteck herzustellen, rechnet sich nicht.

Das Verfahren lohnt sich also nicht für Produkte, die in grösserer Stückzahl hergestellt werden?
Die Frage stellt sich, welche zusätzliche Funktion ich gewinnen kann. Ein Beispiel: Die Firma Align Technology produziert durchsichtige Zahnspangen aus Kunststoff. Für eine Behandlung über ein Jahr braucht der Patient 24 Spangen, die individuell auf seine Zahnstellung angepasst sind. Die Firma produziert täglich Hunderttausende im 3-D-Printing-Verfahren. Und jedes Produkt ist individuell. Ein anderes Beispiel ist Boeing: Der Flugzeugbauer produziert für die Dreamliner-Lüftungskanäle aus Kunststoff mit Additive Manufacturing.

Und wo liegen die Grenzen?
Ein Produkt einfach zu reproduzieren, funktioniert nicht und ist auch nicht effizient. Es muss für 3-D-Printing entwickelt werden. Die Frage muss sein: Wie nutze ich die Vorteile des Verfahrens? Das Additive Manufacturing eignet sich oft nur für einen Schritt im ganzen Produktionsverfahren. Es ist Befähigungstechnologie, um Neues zu erschliessen.

Ein Beispiel?
Hörgeräte, die auf Ohr und Gehörgang angepasst sind, wie sie Sonova und Siemens herstellen. Oder die Treibstoffeinspritzdüse für Flugzeugturbinen von GE mit komplexem Innenleben, dank der man einige Prozent Sprit spart. Nach Aussagen von Flugzeugturbinenherstellern werden in Zukunft 40 bis 50 Prozent der Teile additiv hergestellt.

Mit welchen Herausforderungen schlägt sich der Bereich herum?
Heute macht sich kaum mehr jemand Gedanken darüber, wie etwas hergestellt wird. Die Produkte sind einfach da und werden benutzt. Dazu kommt: Es fehlen Designtools, die die Möglichkeiten des 3-D-Printing-Verfahrens abbilden. Es braucht neue CAD-Systeme (Computer Aided Design, Anm. der Red.), die auch physikalische Aspekte der Materialien sowie Funktionalität berücksichtigen. Die Systeme müssen zum Beispiel zeigen, wie die Wärme zwischen den einzelnen Teilen übertragen wird. Eine weitere Herausforderung ist die aktuelle Auswahl an Materialien, die trotz grosser Fortschritte begrenzt ist.

Bei welchen Anwendungen ist ein Entwicklungsschub zu erwarten?
Ganz klar in der Medizin. Chirurgen können bei komplexen Operationen Schichtmodelle ausdrucken, um den Eingriff zu visualisieren. Für Knie- oder Hüftoperationen können individualisierte Gelenke aus biokompatiblen Materialien hergestellt werden. Vieles davon existiert in der Forschung. In der Praxis kämpft man aber gegen das Vorurteil, es verteuere das Gesundheitswesen.

Was macht ein Hüftgelenk aus dem 3-D-Drucker besser?
Heute sind Prothesen drei- bis viermal schwerer als die ursprünglichen Knochen. Die Frage ist, wie wir die künstlichen Gelenke mit Additive Manufacturing dem Leichtbau der Natur angleichen können. Potenzial hat auch eine neue Methode für die Wiederherstellung der Brust bei Frauen mit Brustkrebs. Statt eines Silikonkissens wird ein auf einem 3-D-Drucker produziertes Netz für die individuell erfasste Form verwendet. Der Hohlraum unter Haut und Netz wird mit abgesaugtem eigenem Körperfett gefüllt. Dadurch kann die Länge des Schnittes beim Eingriff auf 5 Zentimeter reduziert werden. Nebenwirkungen entfallen.

Wie gut ist die Schweiz in diesem Bereich aufgestellt?
Die Fachhochschulen und die beiden ETH haben sich bereits in den 90er-Jahren positioniert. Es haben sich Dienstleister etabliert, industrielle Interessengruppen gebildet, und Förderprojekte wurden auf den Weg gebracht. In der Forschung haben sich bei Materialien und medizinischen Anwendungen Schwerpunkte gebildet. Die wirtschaftliche Wirkung blieb jedoch bescheiden. Erst die Gründung der US-Industrieinitiative «America Makes» und die Rede zur Lage der Nation von Präsident Obama 2013 über das Potenzial von 3-D-Druckern haben das Interesse des Schweizer Forschungsplatzes wieder geweckt. Ob und welche Potenziale in Zukunft erschlossen werden, bleibt abzuwarten.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 02.09.2015, 20:03 Uhr

Gideon N. Levy


Der frühere Leiter des St. Galler Instituts für Rapid Product Development berät heute das ETH-Spin-off Additively und ist Fellow der Internationalen Akademie für Produktionstechnik.

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