Prothese aus dem 3D-Drucker: Hilfe aus Plastikbechern
Hilfe für zehn Euro Beinprothesen aus Plastikmüll
Tausende Menschen verlieren jedes Jahr durch Landminen und Bomben Arme oder Beine. Doch nur die wenigsten von ihnen können sich eine teure Prothese leisten. Ein Nürnberger Forscher will ihnen helfen - und arbeitet an einem möglichst günstigen Hilfsmittel.
Seine Vision: Eine maßgeschneiderte Prothese, die aus dem 3D-Drucker kommt. Die Maße sollen Ärzte in Krisengebieten mit einer einfachen Handykamera erfassen können, als Rohmaterial reichen dem Wissenschaftler recycelte Plastikbecher.
"Mein Anspruch war immer, mit so günstigen Technologien und Materialien wie möglich so viel Ergebnis wie möglich zu erreichen", sagt Christian Zagel. Der Wirtschaftsinformatiker von der Universität Erlangen-Nürnberg leitet seit eineinhalb Jahren eine Machbarkeitsstudie, in der sein Team herausfinden will, wie solche Prothesen Menschen in Entwicklungsländern helfen können.
In 30 Stunden gedruckt
Die Idee kam Zagel während seiner Arbeit an einem 3D-Bodyscanner. Mithilfe der Technik können Verbraucher beispielsweise zu Hause testen, ob ihnen ein T-Shirt aus einem Onlineshop passt. "Wenn ich die Maße eines menschlichen Körpers habe, lag es natürlich nahe, diese auch für andere Dinge einzusetzen", erzählt Zagel.
Um den Beinstumpf zu vermessen, müsste der Arzt einmal um den Patienten herum gehen und 20 bis 30 Bilder von dem Stumpf machen, die sich leicht überlappen. Eine Software berechnet dann ein 3D-Modell mit den exakten Abmessungen. Denn jede Prothese muss ein Einzelstück sein: Nur wenn der Schaft genau passt, werden Druckstellen, Schmerzen oder Entzündungen vermieden.
"Das ganze System soll so einfach zu bedienen sein, dass man kein technisches Vorwissen dafür braucht", betont der 34-Jährige. Forscher der Fachhochschule Lübeck testen daher die Benutzerfreundlichkeit des Systems. "Um einen Beinstumpf zu scannen, braucht man ein bis zwei Minuten."
Danach wird die Prothese mit dem 3D-Drucker gefertigt und mit Silikon ausgekleidet, um sie bequemer zu machen. "Wir drucken hier mit der günstigsten Technologie", sagt Zagel. Sein Gerät kostete etwa 4500 Euro. Schicht für Schicht wird das Material wie mit einer Heißklebepistole aufeinandergebaut. Der Druck dauert etwa 30 Stunden.
Prothese für um die zehn Euro
Bei ihren Tests analysieren die Forscher unter anderem verschiedene Materialstärken. Was können sie aushalten? Bei einem erwachsenen Mann müsse so eine Prothese schon einiges mitmachen, sagt Zagel. Gleichzeitig dürfe sie nicht zu schwer werden. Ein weiteres Problem: "Die 3D-Druck-Technik ist in dieser Preisklasse noch nicht ausgereift." Immer wieder gibt es Fehldrucke. Und die Geräte sind empfindlich - Temperatur und Luftdruck müssen möglichst konstant sein.
Auch bei der zweiten Idee - die Plastikbecher - stecken die Forscher noch mitten in der Entwicklungsarbeit. Das Druckmaterial ist im Einkauf teuer: Die Kunststoffschnüre kosten pro Kilo 15 bis 20 Euro. Daher kam Zagel auf die Idee, kompostierbare Kunststoffbecher aus Polymilchsäure (PLA) zu zerkleinern und weiter zu verarbeiten.
Die dafür nötigen kleinen Häcksler und einen Extruder musste er lange suchen, da es diese Geräte fast nur im industriellen Großformat gibt. Im rund 4000 Euro teuren Extruder werden die Plastikteile geschmolzen und in Schnurform gebracht.
Noch in diesem Jahr will Zagel seine Prothesen mit den ersten Testern ausprobieren. Im nächsten Jahr soll es erste Prothesen für Patienten geben. Im Moment fehlen vor allem noch Geldgeber. Zagel möchte daher unter anderem eine Crowdfunding-Initiative auf den Weg bringen. Irgendwann soll seine Prothese nur noch um die zehn Euro kosten.
Weniger als jeder Fünfte hat Zugang zu Prothese oder Orthese
Der 34-Jährige und sein Team sind nicht die Einzigen, die Prothesen aus dem 3D-Drucker testen. Auch Handicap International (HI) arbeitet an solchen Lösungen. Die Vorteile liegen für Jérôme Canicave, dem Projektmanager für Orthopädietechnik bei der Hilfsorganisation, auf der Hand.
Seiner Ansicht nach können das mobile Scannen und ein computergestütztes Design die Abläufe bei der Versorgung von Menschen mit Prothesen in Entwicklungs- und Krisenländern deutlich effizienter machen - es könne gar einen Paradigmenwechsel einleiten, durch den deutlich mehr Menschen geholfen werden kann.
"Anstatt die Menschen zum Rehabilitationszentrum kommen zu lassen, können Spezialisten die Gliedmaßen scannen und die Daten zu den 3D-Design- und Drucktechnikern schicken", sagt Canicave. Bisher genutzte einfache Prothesen kosteten im Schnitt um die 150 Euro.
Bei einer Pilotstudie von HI in Togo, Madagaskar und Syrien kooperieren Experten für Physiotherapie mit Wissenschaftlern und Firmen, die sich auf 3D-Druck spezialisiert haben. Ein Unternehmen in Europa übernimmt den Prothesen-Druck. Im Moment fallen daher zwar noch Transportkosten an, aber Canicave ist zuversichtlich, dass 3D-Drucker bald auch in Entwicklungsländern eingesetzt und die Kosten dadurch reduziert werden können.
Im Oktober soll ein Bericht veröffentlicht werden, der Vorteile und die Probleme der Technik aufzeigt. Der Bedarf an günstigen Prothesen sei jedoch groß: Schätzungen nach brauchten 0,5 Prozent der Weltbevölkerung eine Prothese oder Orthese, die ein Körperteil entlastet oder stützt. Doch weniger als 20 Prozent der Betroffenen in Entwicklungsländern habe Zugang zu angemessener Hilfe.
