Millionen Menschen weltweit sind auf Prothesen angewiesen. Das Projekt NaRo-3D hat einen wichtigen Schritt nach vorne gemacht, indem es eine digitale Fertigungsmethode für Prothesenschäfte entwickelt hat, die auf klimafreundlichen, biologisch abbaubaren Materialien basiert. Diese fortschrittlichen Werkstoffe, die mittels 3D-Druck verarbeitet werden können, versprechen erhebliche Einsparungen bei Zeit und Kosten. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die Möglichkeit, die Anpassung der Prothese beim Patienten vom eigentlichen Herstellungsort zu trennen, was besonders in Gebieten mit einem Mangel an Orthopädietechnikern von großer Bedeutung ist.
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, der Biowerkstoffhersteller Tecnaro und das Orthopädie-Unternehmen DOI ortho-innovativ waren maßgeblich an diesem wegweisenden Vorhaben beteiligt. Das Bundesministerium für Landwirtschaft und Ernährung (BMLEH) unterstützte das Projekt finanziell. Die entwickelten Bio-Compounds, hergestellt von Tecnaro, zeigten eine ausgezeichnete Extrusionsfähigkeit und übertrafen teilweise sogar die mechanischen Eigenschaften herkömmlicher, erdölbasierter Produkte. Zwei der entwickelten Varianten erwiesen sich als Hochleistungswerkstoffe.
Bei den 3D-Drucktests, die von DOI ortho-innovativ durchgeführt wurden, stachen zwei Bio-Compounds besonders hervor: Ein Biopolyester mit 78 Prozent biobasiertem Kohlenstoffanteil und ein zu 100 Prozent biobasiertes Biopolyamid. Auch ein Filament aus Cellulosederivaten und Biopolyester mit einem biobasierten Kohlenstoffanteil von 46 Prozent zeigte vielversprechende Ergebnisse und eignet sich aufgrund seiner leichten Transparenz gut für Testzwecke. Die Ergebnisse der Druckversuche wurden insgesamt als sehr vielversprechend eingestuft.
Parallel dazu entwickelte das Fraunhofer IPA eine virtuelle Plattform für die Schaftplanung. Diese ermöglicht eine vollständig digitale Planung, Gestaltung und Herstellung von Prothesenschäften, indem sie Bildgebungsdaten aus MRT, Laserscans und Ultraschall nutzt. Mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) können Tragfähigkeit und Komfortverhalten der Prothesenschäfte in Interaktion mit dem Stumpf präzise bewertet und optimiert werden. Dies beinhaltet auch die Berücksichtigung von Schubspannungen des Stumpfes, was eine Neuerung in der Prothesenentwicklung darstellt. Erprobungen durch zwei langjährige Prothesenträger mit den neuen Bio-Compounds zeigten positives Feedback, was das Potenzial dieser Technologie unterstreicht.
Obwohl digitale Fertigungsverfahren in der Prothetik noch nicht flächendeckend eingesetzt werden, sind sie auf dem Vormarsch. Im Gegensatz zur zeitaufwendigen manuellen Fertigung mittels Gipsabdruck und Gießharzen bieten digitale Ansätze erhebliche Vorteile: Sie sparen Zeit, Material und Kosten und reduzieren die Abhängigkeit von der Verfügbarkeit spezialisierter Orthopädietechniker vor Ort. Dies ist besonders relevant für Entwicklungsländer, in denen der Zugang zu geschultem Personal oft begrenzt ist. Karl-Heinz Trebbin, Geschäftsführer von DOI ortho-innovativ, betont, dass digitale Verfahren das orthopädische Wissen sinnvoll ergänzen und letztendlich zu einer verbesserten Patientenbetreuung führen sollen. Das Fraunhofer IPA plant, seine virtuelle Plattform Sanitätshäusern und orthopädietechnischen Betrieben zugänglich zu machen, während Tecnaro die neuen Compounds zügig vermarkten und auch für spritzgegossene Endprodukte einsetzen möchte. Die Monofilamente werden in Kürze über den Vertriebspartner Albis Distribution erhältlich sein.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der neuen biobasierten Werkstoffe ist ihre Umweltfreundlichkeit. Herkömmliche Prothesenschäfte bestehen oft aus nicht recycelbaren, fossilbasierten Gießharzen. Auch wenn 3D-Druckverfahren prinzipiell wiederverwertbare Thermoplaste verwenden, ist deren Recycling aufgrund von Materialalterung und Verunreinigungen oft schwierig. Biobasierte Materialien bieten hier einen klaren Vorteil, da sie bei der Verbrennung weitgehend klimaneutral sind und somit eine nachhaltigere Alternative darstellen.