Medtech Xbox wird zum 3D-Drucker mit Nanoauflösung

Redakteur: Stefan Guggenberger

Forschern ist es gelungen, Teile einer Spielekonsole zu einem hochauflösenden 3D-Drucker umzubauen. Damit haben sie mittels SLA-3D-Druck Medikamentenbehälter mit dem Durchmesser eines menschlichen Haares gedruckt.

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Das optische Modul dieses SLA-Druckers hat früher Videospiele wie FIFA oder Halo ausgelesen und heute stellt es hochpräzise Medikamentenbehälter zur oralen Verabreichung her.
Das optische Modul dieses SLA-Druckers hat früher Videospiele wie FIFA oder Halo ausgelesen und heute stellt es hochpräzise Medikamentenbehälter zur oralen Verabreichung her.
(Bild: DTU)

Moderne SLA-3D-Drucker sind dafür bekannt, hochfeine und komplexe Strukturen drucken zu können. Dazu werden flüssige Photopolymere mit einem Laser Schicht für Schicht ausgehärtet. Der Bauprozess findet dabei in einem Flüssigkeitsbad statt, welches aus dem auszuhärtenden Werkstoff, beispielsweise Kunst- oder Epoxidharze, besteht. So ist es möglich, filigrane Modelle mit höchster Präzision herzustellen. Allerdings sind sowohl die Drucker als auch die Werkstoffe in der Regel teurer als bei anderen Kunststoff-3D-Drucktechnologien. Dieses Problem lässt sich umgehen, wenn man statt eines neuen SLA-Druckers eine 15 Jahre alte Spielkonsole verwendet. Genau diese Idee hatten Forschende der DTU (Technische Universität Dänemark): Sie haben das optische Modul einer Xbox 360 als Ausgangspunkt für die Entwicklung eines hochauflösenden SLA-3D-Druckers verwendet.

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(Bildquelle: VCG)

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Von der Konsole zum 3D-Drucker

Ziel der Forschenden war es, eine kostengünstige Alternative für herkömmliche SLA-Drucker zu entwickeln, die Wissenschaftlern auf der ganzen Welt Zugang zu hochauflösenden 3D-Druck ermöglicht. Dazu wollten sie die Komplexität des Systems reduzieren. So kamen sie auf die Idee, das optische Abtastmodul einer Xbox 360 zu verwenden, um flüssige Photopolymere im SLA-Verfahren auszuhärten. Das Modul ist eigentlich dazu ausgelegt, HD-DVDs auslesen. Die dafür nötigen Halbleiter-Laserdioden erzeugen jedoch Wellenlängen, die zur Aushärtung verschiedener Photopolymere und somit zum 3D-Druck geeignet sind. Außerdem sind die optischen Module günstig zu erwerben: Allein in der Xbos 360 wurden sie mehr als 85 Millionen Mal verbaut und da die HD-DVD heute weitgehend irrelevant ist, gibt es wenig andere Nachfrager. In Kombination mit anderen Bauteilen ist es den Forschenden so gelungen, ein SLA-System zu entwickeln, dass Behälter mit dem Durchmesser eines menschlichen Haares drucken kann. Wie die Wissenschaftler detailliert vorgegangen sind, erfahren Sie in dieser Publikation im Fachmagazin Communications Physics.

"Mit unserem 3D-Drucker, der mikro- und nanoskalige 3D-Objekte drucken kann, sind wir in der Lage, von einer Druckauflösung von zehn Mikrometern bis hinunter zu Hunderten von Nanometern zu gehen, ohne teure Spezialkomponenten. Außerdem haben wir im Vergleich zu anderen Stereolithographie-Systemen einen einfacheren und kompakteren 3D-Drucker im Nanobereich", erklärt Doktorand Tien-Jen Chang.

Anwendungen im Bereich der Medizintechnik

Mögliche Anwendungsbereiche sehen die Forschenden für ihr System hauptsächlich im Bereich der Medizintechnik. Professor En Te Hwu erklärt: "Das ursprüngliche Ziel für die Entwicklung unseres eigenen 3D-Druckers war es, Kubikzentimeter-Volumen mit mikro-/nanoskaliger Auflösung für unsere auf Mikrobehältern basierende Medikamentenentwicklung drucken zu können. Und wir konnten kein 3D-Druckersystem auf dem Markt finden, das dies konnte. Also mussten wir unser eigenes herstellen." Die 3D-gedruckten Mikrobehälter werden zur oralen Verabreichung von Medikamenten genutzt.

Neben den Behältern gehen die Wissenschaftler davon aus, dass ihr System auch für die Produktion mikroskaliger Nadeln genutzt werden kann, die auf transdermalen Pflastern verwendet werden. Diese Pflaster werden aufgeklebt und geben pharmazeutische Zubereitungen kontinuierliche über die Hautbarriere in den Blutkreislauf ab. Eine weitere Anwendung könnte das Drucken von biokompatiblen Mikrovorrichtungen mit antibakteriellen Oberflächen sein. Solche Instrumente können bei der Behandlung von Patienten oder in Laborumgebungen eingesetzt werden. In diesen Bereichen sind 3D-gedruckte Oberflächen, die Bakterien abtöten, besonders relevant.

Ausgründung und kommerzielle Nutzung sind wahrscheinlich

Die Verantwortlichen sind vom Potenzial ihres Systems überzeug und wollen es daher weiter verbessern. Auf Basis der bisherigen Ergebnisse soll der kostengünstige SLA-Nanodrucker für die kommerzielle Nutzung weiterentwickelt werden. Um das Vorhaben umzusetzen, arbeiten die Wissenschaftler außerdem auf eine Ausgründung aus der Universität hin. "Letztendlich ist es unser Ziel, Patienten zu einer besseren Diagnostik und Behandlung zu verhelfen, zum Beispiel durch genauere Dosierung, effizientere orale Medikamente und bessere Hautpflaster", schließt Professor En Te Hwu.

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