3D-Druck in der Prothetik:Revolutionierung von Design, Vorteilen und Materialinnovationen

Prothetischer 3D-Druck ist die Verwendung von 3D-Druckern zum Entwerfen und Herstellen künstlicher, tragbarer Körperteile wie Beine, Hände und Arme. Im Vergleich zur traditionellen Produktionsmethode handelt es sich um eine relativ neue Methode. Die bei der Herstellung von 3D-gedruckten Prothesen verwendeten Materialien sind zugänglich und leicht, wodurch sich das Verfahren für die Herstellung von Prothesen eignet und eine günstige Alternative für Patienten weltweit darstellt.

In diesem Artikel geht es weiter um den 3D-Druck in der Prothetik, seine Verwendung, seine Geschichte, Kosten und Vorteile.

Was ist 3D-Druck in der Prothetik?

Beim 3D-Druck in der Prothetik werden additive Fertigungstechnologien anstelle traditioneller subtraktiver Fertigungsmethoden zur Herstellung künstlicher Körperteile eingesetzt. Diese Körperteile können durch traumatische Ereignisse oder angeborene Störungen (bei der Geburt vorhanden) verloren gegangen sein. In einigen Fällen kann eine Amputationsoperation erforderlich sein, wenn die Gliedmaßen des Opfers stark von einer Krankheit betroffen sind, die zu dessen Atrophie und Zersetzung (Gangrän) führt. In jedem Fall dienen 3D-gedruckte Prothesen als Ersatz für die fehlenden Gliedmaßen.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zum 3D-Druck.

Wie wird 3D-Druck in der Prothetik eingesetzt?

Der 3D-Druck hat sich aus mehreren Gründen bei der Herstellung von Prothesen als nützlich erwiesen. Der Einsatz des 3D-Drucks zur Herstellung von Prothesen führt zu einer erheblichen Reduzierung der Herstellungszeit, der Kosten und des Gewichts von Prothesen. Mit traditionellen Methoden hergestellte Prothesen erfordern strenge Verfahren und sind teuer. Eine Armprothese kostet in der Regel mehr als 2.000 US-Dollar und der Amputierte muss unter Umständen längere Zeit (zwischen 3 und 6 Wochen) auf die Herstellung und Lieferung warten. Der 3D-Druck von Prothetik hingegen ist erschwinglich, hat eine kurze Vorlaufzeit und die erforderlichen Materialien sind leicht verfügbar. Ein 3D-gedruckter Arm kann 395 US-Dollar kosten und an einem Tag hergestellt werden.

Wann wurde die erste 3D-gedruckte Prothese hergestellt?

Von 1990 bis 1999 unternahmen Wissenschaftler und Mediziner Versuche, 3D-gedruckte Prothesen zu entwickeln. Es gab einen Durchbruch, als in ihrer Forschung die ersten 3D-Zahnimplantate und Organe hergestellt wurden. Allerdings waren 3D-gedruckte Arm-, Finger-, Hand- oder Beinprothesen immer noch Gegenstand der Erforschung. Im Jahr 2011 wurde schließlich ein Prototyp einer 3D-gedruckten Handprothese erstellt.

Wer hat die ersten 3D-gedruckten Prothesen entwickelt?

Der amerikanische Künstler Ivan Owen schuf 2011 die erste 3D-gedruckte Prothese. Eine 3D-gedruckte Prothese war jedoch nicht seine erste Kreation – es war eine mechanische Hand. Er hat dies für eine Steampunk-Convention erstellt und ein Video über den Herstellungsprozess online gestellt. Nach einer weiteren Zusammenarbeit mit einem amputierten Tischler erregte das Projekt die Aufmerksamkeit einer Mutter. Ihr Sohn brauchte eine künstliche Hand, und Prothesen waren damals teuer. Owen erfuhr von ihr und bat ein Unternehmen, das 3D-Drucker herstellt, um die Spende von zwei 3D-Druckern. Seinem Wunsch wurde stattgegeben und er schuf die erste 3D-gedruckte Handprothese. Das Problem, dass der Sohn aus der Prothese herauswächst, war kein großes Problem, da die gedruckte Hand eine Skalierbarkeit ermöglicht.

Was sind die gängigsten 3D-gedruckten Prothesen?

Die gebräuchlichsten 3D-gedruckten Prothesen sind:

1. 3D-gedruckte Handprothese: Handprothesen werden für Menschen hergestellt, die einen Gliedmaßenverlust am Handgelenk erlitten haben. E-nable Prosthetics, ein Verein, der ein Netzwerk von Herstellern, Enthusiasten oder humanitären Helfern betreut, erstellt verschiedene 3D-Modelle von Handprothesen. Einige dieser Modelle werden gedruckt und an Hunderte von Menschen auf der ganzen Welt gespendet. 
2. 3D-gedruckte Armprothese: Prothetische Arme können eine Kombination aus einer Hand und einem Unterarm oder aus einer Hand, einem Arm und einem Unterarm sein. Hero Prosthetics gilt als die erste klinisch zugelassene 3D-gedruckte Armprothese. Zu seinen Funktionen gehören „High Five“, „Grab“, „Daumen hoch“ und „Pitch“. Es ist ästhetisch ansprechend und besonders bei Kindern beliebt, da es eine Vielzahl von Super-Actionfiguren darstellt. Die myoelektrische Funktionalität ermöglicht es dem Benutzer, ein gewisses Maß an Kontrolle über seine 3D-gedruckte Armprothese zu haben.
3. 3D-gedruckter Prothesenfuß: Prothesenfüße ermöglichen Benutzern das Gehen. Diese werden normalerweise entweder mit elastischen Fersenkonfigurationen oder mit festen knöchelgepolsterten Absätzen (SACH) hergestellt. Upya von Exoneo ist eine erschwingliche, dynamische und vollständig biomechanische Fußprothese, die die tatsächliche Anatomie von Zehen, Knöchel und Ferse nachahmt. Dadurch können Benutzer das gleiche Gefühl wie bei einem natürlichen Fuß erleben.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Online-3D-Druckservice für Ihre Bedürfnisse.

Ist die Verwendung von 3D-gedruckten Prothesen sicher?

Ja, es ist sicher, 3D-gedruckte Prothesen zu verwenden, wenn die richtigen Spezifikationen und die richtige Produktqualität eingehalten werden. Die Festigkeit und Qualität der im Bauprozess verwendeten Materialien bilden die Grundlage für die Messung der Sicherheit von 3D-gedruckten Prothesen. Falsche Materialien brechen in der Regel leicht, da sie das Gewicht des Benutzers nicht tragen oder aushalten können. 

Was sind die Vorteile von 3D-gedruckten Prothesen?

Der prothetische 3D-Druck bietet im Vergleich zu seinem herkömmlichen Gegenstück viele Vorteile. Ein Hauptvorteil ist die Skalierungs- und Ausrichtungsmöglichkeit der 3D-gedruckten Modelle. Ein weiterer Grund ist die Kosten- und Zeiteffizienz sowie die Materialverfügbarkeit.

Welche Materialien werden in 3D-gedruckten Prothesen verwendet?

Die für 3D-gedruckte Prothesen verwendeten Materialien sind langlebig und leicht, beispielsweise Kunststoff. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Innenstruktur aus leichten Materialien besteht:Kohlefaser, Titan oder Aluminium. Das Gewicht einer künstlichen Prothese hängt im Allgemeinen von der Art der Prothese und dem Material ab, aus dem sie besteht. Eine 3D-gedruckte Prothese über dem Knie wiegt etwa 1,54 kg, während ihr herkömmliches Gegenstück durchschnittlich 3,62 kg wiegt.

Wie lange halten 3D-gedruckte Prothesen?

Eine ordnungsgemäß hergestellte Prothese hält etwa 3–5 Jahre. Ein schnell wachsendes Kind benötigt jedoch von Zeit zu Zeit Ersatz. Dies liegt daran, dass der Körperteil, an dem der Gegenstand befestigt wird, aus der 3D-gedruckten Prothese herausgewachsen wäre.

Sind 3D-gedruckte Prothesen teuer?

Nein, 3D-gedruckte Prothesen sind nicht teuer – insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Prothesen. Für 395 US-Dollar erhalten Sie eine funktionierende 3D-gedruckte Prothese. Die herkömmlichen Typen werden normalerweise für Tausende von Dollar verkauft.

Wie viel kosten 3D-gedruckte Prothesen?

3D-gedruckte Prothesen sind im Allgemeinen kostengünstig, einige High-End-Designs sind jedoch teuer. Die von Open Bionics entwickelte 3D-gedruckte Armprothese Hero hat beispielsweise eine Preisspanne von 10.000 bis 20.000 US-Dollar. Allerdings ist sie etwas günstiger als die herkömmliche bionische Armprothese.  Einige Wohltätigkeitsorganisationen wie Kinetic – gegründet von Mat Bowtell und Free 3D Hands – haben an viele Menschen kostenlose 3D-gedruckte Armprothesen verteilt. Sie haben auch Montageanleitungen für diejenigen erstellt, die ihre eigenen Prothesen zu Hause herstellen möchten.

Ein bemerkenswerter Online-Marktplatz für den Kauf von 3D-gedruckten Prothesen ist Indiamart.

Was ist die Zukunft der 3D-gedruckten Prothetik?

3D-gedruckte Prothesen stecken noch in den Kinderschuhen, haben aber großes Potenzial. Es ist jedoch möglicherweise falsch anzunehmen, dass die Technologie ihr traditionelles Gegenstück vollständig ersetzen wird. Darüber hinaus ist die Akzeptanz in der Medizinbranche ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor. Der erste 3D-gedruckte bionische Arm ist klinisch zugelassen; Wenn also die Aufsichtsbehörden Interesse zeigen und ihre Genehmigung erteilen, wird sich der prothetische 3D-Druck in der Gesellschaft stärker durchsetzen.

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