Anatomische Modelle: Traditionshersteller setzt auf 3D-Druck-Technologie

Anbieter zum Thema

PC College Institut für IT-Ausbildung

Heidrive GmbH

SolidCAM GmbH

Ein Traditionshersteller anatomischer Modelle unterstützt die medizinische Ausbildung mit 3D-Druck-Technologie von Mimaki.

Andreas Falk, COO von Erler-Zimmer, Spezialhersteller anatomischer Modelle, erklärt, wie 3D-Druck-Technologie zur Revolutionierung seiner Branche beiträgt.

In der Vergangenheit spielten Leichen in der anatomischen und medizinischen Ausbildung eine entscheidende Rolle. Gibt es eine bessere Art zur Vermittlung anatomischen Wissens als das Sezieren und Untersuchen eines menschlichen Körpers? In den letzten Jahren ist jedoch eine Technologie auf den Plan getreten, mit dem Potenzial, die medizinische Ausbildung zu revolutionieren: 3D-Druck. Universitäten, Krankenhäuser, Mediziner und Experten, die sich die 3D-Druck-Technologie zunutze machen können, werden bei Bedarf jeden Teil des menschlichen Körpers fotorealistisch nachbilden können Leichen erweisen sich zwar als praktisch und nützlich für Medizinstudenten. Doch ihre Verwendung hat zweifellos eine Reihe von Nachteilen – von ethischen Fragen bis hin zu Verfügbarkeitsproblemen. 3D-Druck macht nicht nur die Verwendung von Leichen überflüssig, sondern bietet auch neue Technologien. Die Drucker der Serie 3DUJ von Mimaki verfügen zum Beispiel über umfassende Fähigkeiten in Bezug auf Präzision und Qualität. Sie übertreffen zudem die derzeit in Krankenhäusern und Universitäten verwendeten pulverbasierten Druckermodelle.

Anatomische Modelle sind in der medizinischen Ausbildung nichts Neues. Eines der dominierenden Unternehmen auf diesem Markt ist Erler-Zimmer. Die 1950 von Johannes Erler und seinem Schwiegersohn Walter Zimmer gegründete Firma hat sich seit jeher auf die Herstellung und Vermarktung von Lehrmaterial für den medizinischen Bereich konzentriert. Traditionell wurden die Produkte im Spritzgussverfahren hergestellt und anschließend lackiert. In der medizinischen Ausbildung finden diese Modelle seit langem gemeinsam mit Leichen und digitalen Simulationen Anwendung.

Vor kurzem begann Erler-Zimmer, sich nach neuen Technologien umzusehen, um Modelle mit höherer Detailgenauigkeit herstellen zu können. Dabei entdeckte das Unternehmen die 3DUJ-Serie und war sofort von der Präzision des Vollfarbdrucks beeindruckt.

Vorteile der 3D-Druck-Technologie in der Medizin

Die Verwendung von Leichen im medizinischen Bereich hat Vorteile, doch diese werden oft durch die damit verbundenen Nachteile aufgehoben. In bestimmten Bereichen können biologische Modelle sehr effektiv sein, zum Beispiel bei der Ausbildung in Ultraschall- oder Injektionstechniken. Dort nämlich gestaltet es sich äußerst schwierig, wenn nicht gar unmöglich, echtes menschliches Gewebe nachzubilden.

Der Nachteil liegt jedoch in der Art, wie mit Leichen gearbeitet wird. Sie sind nicht nur sehr teuer, sondern ihre Beschaffung und Behandlung erweist sich auch als sehr kostspielig. Nicht einbalsamierte Leichen verwesen schon nach wenigen Tagen. Das führt bei Medizinstudenten manchmal zu körperlichen Beeinträchtigungen wie Übelkeit, Schwindel und Müdigkeit. Bei der Einbalsamierung werden wiederum die taktilen Eigenschaften, die Struktur und die Flexibilität der Leichname beeinträchtigt. Unabhängig davon, ob die verwendeten Leichen einbalsamiert sind oder nicht, geht das Sezieren auch mit deutlichen psychischen Belastungen einher.

Was die etablierten Alternativen anbelangt, so fehlt es den in der anatomischen und medizinischen Ausbildung üblichen pulverbasierten Modellen an der taktilen Qualität, durch die sich neuere 3D-Druckmodelle auszeichnen. Ihre Empfindlichkeit und geringe Haltbarkeit führen dazu, dass sie bei häufigem Gebrauch innerhalb kürzester beschädigt werden oder sich verfärben, sodass sie oft ersetzt werden müssen.

Umstieg auf 3D-gedruckte Modelle

Erler Zimmer hatte ursprünglich nicht vor, auf 3D-Druck umzusteigen, erklärt COO Andreas Falk. Als die Monash University (Australien) jedoch 2021 mit der Bitte an das Unternehmen herantrat, auf der Grundlage digitaler Scans Modelle von Leichen anzufertigen, wagte die Firma schließlich doch den Umstieg. Erler Zimmer erkannte schnell, dass herkömmliche Technologien zur Herstellung dieser Modelle nicht ausreichen würden. Denn sie konnten die von digitalen Scans geforderte hohe Detailgenauigkeit nicht erreichen. Deshalb begann das Unternehmen damit, die Möglichkeiten des 3D-Drucks zu erkunden.

Anfangs probierte Erler-Zimmer eine andere 3D-Druckermarke aus. Nach einer sechsmonatigen Testphase beschloss das Unternehmen jedoch, das Gerät aufgrund ständiger Fehlfunktionen zurückzugeben und in einen 3D-Drucker von Mimaki zu investieren. Erler-Zimmer entschied sich für den 3D-Drucker 3DUJ-553 aus der 3DUJ-Serie für industrielle Druckanwendungen und war von dem Gerät so beeindruckt, dass nun die Anschaffung weiterer Drucker geplant ist. In Lauf, wo das Unternehmen seinen Sitz hat, führte der von Mimaki autorisierte 3D-Fachhändler DP Solutions die Musterproduktionen durch und unterstützte Erler Zimmer bei der Bedienung der Maschine und der dazugehörigen Software.

Vollfarbdruck eröffnet viele Möglichkeiten

Die Verwendung des Vollfarbdrucks bei anatomischen Modellen hat zahlreiche Vorteile, erklärt Falk weiter. „Der erste Schritt war die Reproduktion eines gesunden Körpers. Jetzt haben wir eine neue Reihe von Pathologien, die uns neue Möglichkeiten eröffnen. Es gibt viele Krankheiten, die die meisten Ärzte noch nie gesehen haben, weil man so selten einen Leichnam mit dieser speziellen Krankheit findet. Jetzt haben wir eine Sammlung von Reproduktionen zur Darstellung dieser Krankheiten, mit denen Studenten arbeiten können. Das ist ein großer Fortschritt für die medizinische Lehre auf der ganzen Welt."

„Mit diesen farblich verbesserten Modellen können im Unterricht noch bessere Ergebnisse erzielt werden als bei der Verwendung von Leichen. Die Modelle lösen jedoch noch ein weiteres Problem: In  einigen Ländern ist es aus ethischen oder religiösen Gründen nicht möglich, mit Leichen zu arbeiten, sodass man sich auf die Verwendung von Diagrammen und einfachen anatomischen Modellen beschränken muss. Mit den neuen Modellen können in diesen Ländern nun Kunststoffnachbildungen menschlicher Körper verwendet werden, was der medizinischen Ausbildung zu erheblichen Fortschritten verholfen hat.“

Andreas Falk, COO von Erler-Zimmer

Modelle lassen sich einfach reproduzieren

Die einfache Reproduzierbarkeit der 3D-gedruckten Modelle stellt eine weitere wichtige Verbesserung gegenüber herkömmlichen Lehrmodellen dar. Mit dem 3DUJ-553 kann Erler-Zimmer immer wieder genau das gleiche Modell herstellen. Hingegen handelt es sich bei einer Leiche um einen einzigartigen Körper. Das bedeutet, dass in einem Raum voller Studenten jeder Student das gleiche Modell vor sich hat, anstatt sich um einen einzigen Tisch drängen zu müssen.

Die für diese Modelle verwendeten Materialien sind ebenfalls sehr wichtig für die Ausbildung. Der 3DUJ-553 ist in der Lage, harte und weiche Harze zu drucken, die zerlegbar und injizierbar sowie transparent sind, um innere Strukturen sichtbar zu machen. Die Harze ermöglichen auch eine viel glattere Oberflächenstruktur als herkömmliche pulverbasierte 3D-Druck-Objekte. „Die Klarheit des Materials ist für uns sehr wichtig“, sagt Andreas Falk. „Es gibt viele feine Gefäße, Nerven und andere Dinge, die während des Gebrauchs beschädigt werden können. Wir verwenden durchsichtiges Material, um Stützstrukturen zu schaffen, die das Produkt stärken.“

Gerät ständig in Betrieb -- ohne Qualitätseinbußen

Was die Laufzeit des Druckers betrifft, betont Andreas Falk, dass das Gerät bei Erler Zimmer ständig in Betrieb ist. „Der Drucker ist nur untätig, wenn er gereinigt wird und wenn wir das Modell aus der Maschine nehmen. Unmittelbar danach beginnen wir schon wieder mit dem nächsten Druck.“ In den sechs Monaten, in denen der Mimaki 3DUJ-553-Drucker von Erler-Zimmer bisher in Betrieb war, lief er ununterbrochen, ohne jegliche Probleme oder Qualitätseinbußen.

Die im Bereich der Modellherstellung für medizinische Anwendung eingesetzte 3D-Drucktechnologie entwickelt sich ständig weiter, nicht zuletzt, weil eine zunehmende Nachfrage nach realistischeren und komplexeren Modellen besteht. Viele Unternehmen, darunter auch Erler-Zimmer, würden zum Beispiel gern flexible Materialien beim Vollfarbdruck verwenden – ein Wunsch, den Mimaki in nicht allzu ferner Zukunft zu erfüllen hofft. Ein weiterer Punkt, auf den Falk hinweist, ist die Software für Unternehmen, die mit 3D-Farbdruck beginnen wollen. „Die größte Herausforderung besteht darin, unterschiedliche Scantechnologien zusammenzubringen, da bei medizinischen Modellen meist eine Kombination aus CT, MRT und optischen Scans sowie manueller Bearbeitung verwendet wird. Man braucht einen Anatomen, um sicherzustellen, dass das Ergebnis medizinisch korrekt ist. Die Schwierigkeit besteht dann darin, all diese unterschiedlichen Daten zusammenzufügen und alle Druckdateien vorzubereiten. Man braucht einen Spezialisten, um korrekte Modelle herzustellen.

3D-Druck-Technologie findet immer neue Einsatzmöglichkeiten in der Medizin

Beim 3D-Druck stand Farbe anfangs nicht im Vordergrund. Inzwischen gibt es neue Fähigkeiten, die zu einer Veränderung des Marktes geführt haben. Die Technologie findet immer neue Einsatzmöglichkeiten in der Medizin, im Gaming-Bereich und im Kunstsektor. Es ist eine Welt neuer Möglichkeiten entstanden, die auf den Ideen ehrgeiziger und innovativer Designer basiert und die unvorstellbare Potenziale für die Herstellung anatomischer Modelle eröffnet. Erler Zimmer hat bei der Nutzung von 3D-Farbdrucktechnologie in diesem Bereich Pionierarbeit geleistet und dadurch nicht nur dazu beigetragen, das Niveau der medizinischen Ausbildung zu verbessern, sondern sie auch für Studenten und Forscher auf der ganzen Welt zugänglicher zu machen.

Bild oben: Eines der medizinischen Modelle von Erler-Zimmer, gedruckt auf dem Mimaki 3DUJ-553. Bild: Erler-Zimmer

Weitere Informationen: https://erler-zimmer.de/ und https://www.mimaki.de/

Erfahren Sie hier mehr über das passende Material für den 3D-Druck in der Medizintechnik.

Lesen Sie auch: "3D-Druck-Studie: Das sind die Trends in der additiven Fertigung"