Am Puls der Zeit: Erfindungen aus dem 3D-Drucker

Während einer Operation müssen auch Pferde beatmet und überwacht werden. Bei einem Pferd ist das Atemvolumen jedoch etwa fünf bis zehn Mal größer als beim Menschen. Die in der Kleintiermedizin hierfür verwendbaren Sensoren stammen meist aus der Humanmedizin, sind aber für Großtiere ungeeignet. Für die Pferdeanästhesie müssen die medizinischen Geräte entsprechend adaptiert werden. „In Bezug auf das Atemvolumen bedeutet dies, dass Sensoren für die Anästhesie bei Pferden an die größere Luftmenge angepasst werden müssen“, erklärt Johannes Schramel von der Universitätsklinik für Pferde. Der Tiermediziner ist auf Lungenfunktionsdiagnostik und Beatmung beim Pferd spezialisiert. Ein Schwerpunkt seiner Forschung sind die Entwicklung und Implementierung von neuen Methoden für die klinische Praxis, mit dem Ziel, die perioperative Sterblichkeit zu reduzieren.

Einsatz von 3D-Druck in der klinischen Praxis

Bereits vor 20 Jahren hat der Pferdeanästhesist und ehemalige Leiter der Anästhesie an der Vetmeduni Vienna, Yves Moens, einen Sensor für die Spirometrie (Messung des Atemvolumens) bei Pferden entwickelt. Dieser wurde mit herkömmlichen Fertigungsmethoden aufwändig aus Metall und Kunststoffen hergestellt. Nun wurde dieses Zwischenstück von Johannes Schramel überarbeitet, mit einem CAD-Programm konstruiert und mittels 3D-Druckverfahren erzeugt. Dieser neue Sensor wurde im Rahmen einer Diplomarbeit validiert und ist seit März 2018 in der Universitätsklinik für Pferde im Einsatz. „Ein Vorteil des 3D-Druckverfahrens ist, dass sich Verbesserungen leicht implementieren, herstellen und testen lassen“, so Schramel. „Dadurch sind sehr individuelle Lösungen möglich, und auch die Herstellung von Prototypen ist wirtschaftlich.“ Seit eineinhalb Jahren beschäftigt sich der Forscher mit 3D-Druck und den wissenschaftlichen Möglichkeiten durch das innovative Verfahren.

Baupläne für Open Source

Beim 3D-Druckverfahren oder der additiven Fertigung wird ein Material schichtweise aufgetragen oder gehärtet. Dadurch können dreidimensionale Werkstücke erzeugt werden. Doch wie werden die Daten erstellt, die der 3D-Drucker für die Herstellung von komplexen Formen benötigt? „Mit einer Computer-Aided-Design-Software wird eine 3D-Konstruktion am Computer erstellt. Eine andere Möglichkeit ist, Daten mittels 3D-Scan oder Computertomografie zu erzeugen“, so Schramel, der für die in der Pferdeanästhesie benötigten Hilfsmittel solche Baupläne entwickelt hat.“ Schramel hat für die in der Pferdeanästhesie benötigten Hilfsmittel solche Baupläne entwickelt. Benötigte Teile können damit kostengünstig und rasch hergestellt werden. Auch für andere Universitäten und Kliniken möchte der Wissenschafter diese Baupläne zugänglich machen. So sollen im Rahmen von Open Science bzw. Open Source, unter Einhaltung der rechtlichen Rahmenbedingungen, die Druckdaten für den Nachbau zur Verfügung gestellt werden. Umgesetzt wird das Open-Source-Projekt zusammen mit dem Büro für Forschungsförderung und Innovation an der Vetmeduni Vienna (FFI).

Unterrichtsmaterial aus dem 3D-Drucker

In der Lehre wären in Zukunft ausgedruckte Knochen, aber auch Bänder, Sehnen und Gelenksknorpel aus Kunststoffen denkbar. Dadurch ließen sich zum Beispiel sogenannte Dummy-Tiere zur Simulation von Behandlungen und Operationen besser und naturgetreuer ausstatten. Auch ein 3D-Druck mit Metallen wie Titan oder Edelstahl ist generell möglich. Welche Anwendungen darüber hinaus mit 3D-Druckverfahren denkbar sind, zeigt ein Prototyp auf Johannes Schramels Schreibtisch. Auf einer kleinen Plattform ruht im Maßstab 2:1 das mit 3D-Druckverfahren künstlich erstellte Modell eines Kniegelenks von einem Shetlandpony. In Zukunft könnte es möglich sein, mittels ähnlicher Modelle Implantate zu testen und Pferden bei Meniskusproblemen auf die Sprünge zu helfen.

Nuts for Research: Möglichkeiten und Anwendungen des 3D-Drucks

43 Forschende von der Vetmeduni Vienna und anderen Universitäten nahmen am 15. Oktober 2018 am „Nuts for Research“ zum Thema 3D-Druck teil. Vortragende verschiedener Universitäten referierten über die Anwendungsmöglichkeiten für 3D-Druck in Forschung, Klinik und Lehre. Die Präsentationen beschäftigten sich, von den Grundlagen des 3D-Drucks über Möglichkeiten für die Zahnmedizin bis hin zum Bioprinting, mit der neuartigen Technologie. Bei der Q&A-Session und im Anschluss konnten sich die Teilnehmenden gemeinsam mit den Vortragenden über ihr Know-how zu 3D-Druck austauschen.

Die seit 2012 stattfindende Veranstaltungsreihe „Nuts for Research“ informiert regelmäßig über aktuelle Förderprogramme und bietet Informations- sowie Austauschmöglichkeiten für WissenschafterInnen.