3D gedruckter Bohrer für schnellere Knochenoperationen
Einer der großen Vorteile der additiven Fertigung ist die Komplexität, mit der die Objekte gefertigt werden. Wo traditionelle Verfahren ihre Grenzen finden, sei es durch komplexe Hinterschnitte oder filigrane Strukturen, kommt der 3D-Druck zum Einsatz und bietet so manch aussichtsreiche Alternative. Auch an der Leibniz Universität in Hannover wurde dieser Vorteil zu Nutze gemacht, sie haben ein Problem in der Medizin gelöst, das auf diesem Gebiet schon lange vorherrscht und ein 3D gedruckter Bohrer ist die Lösung.
Die Herausforderung bei Knochenoperationen sind Gewebeschäden, welche aufgrund von einer Überhitzung des Knochenbohrers auftreten. Konventionelle Kühlmethoden können aufgrund der Gefahr, dass Fluid in die Wunde gerät, nicht eingesetzt werden. Deshalb operieren die Ärzte mittlerweile noch iterativ, das heißt sie bohren und warten dann, bis sich der Bohrer wieder unter 48 °C gekühlt hat. Das kostet sehr viel Zeit, und in medizinischen Eingriffen spielt diese eine wichtige Rolle.
Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen – Bild via zerspanungstechnik.de
Am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität in Hannover hat man aber die Lösung, zumindest für dieses Problem. Ein 3D gedruckter Bohrer mit integriertem Kühlsystem kann auch bei längerem Betrieb die Temperatur niedrig halten und somit einer Schädigung des Knochengewebes vorbeugen. Nur durch Metall-Laserschmelzen können im Bohrer selbst Kühlkanäle mit einem Durchmesser von 1,2mm integriert werden, wenn der Durchmesser des Knochenbohrers nur 6mm beträgt. Ein weiterer wichtiger Punkt war die medizinische Verträglichkeit des Materials, dazu hat das IFW den biokompatiblen Werkstoff Acidur 4404 gewählt, einen gebräuchlichen, korrosionsbeständigen Edelstahl.
Die spindelförmigen Kühlkanäle leiten Wärme von der Werkzeugschneide weg.
Die Ergebnisse der Bohrversuche zeigen eine signifikante Reduzierung der Temperatur, teilweise um bis zu 70%. Ebenfalls führen geringere Vorschüben (langsameres Eindringen in den Knochen) nicht mehr zu erhöhten Temperaturen, weil die Innenkühlung diese Wärmeentwicklung ausgleicht.
Mit Hilfe des 3D gedruckten Bohrers sind Temperaturreduktionen bis zu 70% messbar.
Die Forscher des IFW haben den 3D gedruckten Knochenbohrer in Zusammenarbeit mit toolcraft und dem Unternehmen Schmidt WFT hergestellt, welche ihren Beitrag im Design und der Entwicklung geleistet haben. Das Problem der Gewebebeschädigung besteht aber nicht nur für dieses Werkzeug, fast alle Knochenbearbeitungsoperationen führen zu hohen Prozesstemperaturen. Aus diesem Grund wäre die Anwendung der Technologie auch auf Sägewerkzeuge vorstellbar.
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