Werkzeugmaschinenbau: Zukunftsmarkt Implantate
Jahr für Jahr werden weltweit immer mehr Implantate eingesetzt. Für Anbieter von Werkzeugmaschinen ist das ein attraktiver Markt mit hohen Anforderungen. Auf der Tagung „Metal meets Medicine“ in Karlsruhe zeigte der Werkzeugmaschinenbau kürzlich, wie Implantate nicht nur sicher, sondern auch wirtschaftlich hergestellt werden können.
Zahnersatz, Hüftpfanne, Kniegelenk oder Metallplatte – viele Menschen sammeln im Laufe ihres Lebens Erfahrungen mit dem einen oder anderen Implantat. Für den Maschinenbau und Fertigungsdienstleister eröffnen sich dadurch neue Marktpotenziale, wie kürzlich auf der Tagung „Metal meets Medicine“ in Karlsruhe vom Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) und dem Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen PTW, Darmstadt, deutlich wurde.
Werkzeugmaschinenbau: Zukunftsmarkt Implantate
„Die Abhängigkeit von der Automobilindustrie und dem Maschinenbau hat die Abhängigkeiten für den Werkzeugmaschinenbau deutlich aufgezeigt. Es wird Zeit, andere Branchen zu entdecken“, ermutigte Martin Welcker, Geschäftsführer von Alfred Schütte, Köln, die Branche. Potenziale sieht er im internationalen Markt für Implantate, der je nach Abgrenzung auf ein Volumen von 100 Mrd. € bis 222 Mrd. € geschätzt wird. Allein in Deutschland werden pro Jahr über 200 000 künstliche Hüft- und 175 000 Kniegelenke eingesetzt. Weitere Faktoren beflügeln die Branche: Generell steigen die Lebenserwartungen, so wird im Jahr 2030 der Anteil der über 60-Jährigen in Deutschland bei 30 % liegen. Auch Schwellenländer verzeichnen einen enormen Nachholbedarf an künstlichen Hüftgelenke, Herzklappen oder Zahnersatz. Darüber hinaus treibt die Branche selbst Entwicklung vor oder, wie es Welcker ausdrückte: „Hier kommen zwei Vertreter der innovativsten Branchen in Deutschland zusammen: der Werkzeugmaschinenbau und die Medizin.“
Implantate müssen eine ganze Menge aushalten. Dies beginnt bereits beim Einbau im OP-Saal, wo die Operateure energisch zur Sache gehen, damit ein Hüftimplantat auch richtig sitzt. Neben der Entwicklung der Implantate sind zudem die entsprechenden Instrumente nötig, um diese fachgerecht einzubringen. „Der Aufwand für die Entwicklung wird oft unterschätzt“, so Prof. Dr.-Ing. Rainer Bader vom Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie an der Universität Rostock. „Schlechte Instrumente können eine Operation um bis zu zwei Stunden verlängern.“ Im günstigen Fall liegen die Entwicklungszeiten von Implantaten bei zwei Jahren, oft aber auch bei fünf bis zehn. Dies kostet Zeit und Geld. Ein Grund liegt in den aufwendigen Qualitätsprüfungen durch das Medizinproduktegesetz (MPG). Was für die Hersteller mitunter zu teuren Entwicklungszeiten führt, kommt den Patienten zugute.
„Man kann Implantate ja nicht einfach wie ein Auto zurückrufen“, begründete Bader die strengen Vorgaben. Immerhin beträgt die durchschnittliche Standzeit bei Implantaten in 90 % aller Fälle mehr als zehn Jahre. Dabei unterscheiden sich die Zulassungen in Europa und in den USA erheblich. Während grob gesagt in Europa der Hersteller der Implantate für seine Produkte verantwortlich ist, entscheiden in den USA Behörden wie die FDA (Food and Drug Administration) über die Zulassung.
Werkzeugmaschinenbau: Die Ansprüche an Implantate steigen
Ob USA oder Europa – die Anforderungen an die Hersteller von Implantaten steigen und damit auch die an ihre Zulieferer, die Hersteller von Werkzeugmaschinen. Sven Kuhn von dem Implantathersteller Stryker aus Duisburg nannte daher auch die Qualifizierung der Maschinen, inklusive der Validierung und des Monitorings, als wichtigsten Aspekt.
„Wir verlangen von allen Zulieferern ein ausgeprägtes Qualitätsbewusstsein und zwar über die gesamte Prozesskette“, sagte Kuhn und merkte an, dass das Verständnis bei den Werkzeugmaschinenherstellern für die ausführliche Dokumentation noch immer nicht ausreichend sei. Gleiches gelte für die Wartung – auch hier müsse jede kleinste Änderung genau dokumentiert werden.
Weitere Herausforderungen für die Werkzeugmaschinenbauer sieht Kuhn darin, dass die Produkte immer komplexer und kleiner werden. Trotzdem müssen sie sich immer einfacher in der Klinik anwenden lassen. Dafür ist ein hoher Grad an Genauigkeit notwendig. Zunehmend werden neue Fertigungsverfahren integriert, wie Spritzguss, photochemisches Ätzen oder spezielle Verfahren für die Verarbeitung von bioresorbierbaren Materialien.
Neben dem Qualitätsbewusstsein und der Entwicklung neuer Verfahren muss trotz allem die Wirtschaftlichkeit bedacht werden. Dr. Oliver Gossel von Röder, Soltau, nannte mehrere Ansätze beim HCS-Fräsen. Neben einer innovativen Steuer- und Regelungstechnik setzt das Unternehmen in seinen Maschinen beispielsweise auf Direktantriebe bzw. Linearmotoren. Diese verbrauchten weniger Energie als herkömmliche Antriebe mit Kugelgewindetrieb. Pro Werkstück lassen sich bei gleicher Qualität bis zu 20 % Energie sparen. Insbesondere bei größeren Stückzahlen, z. B. in der Dentaltechnik, zahle sich dies schnell aus.
Bioresorbierbare und permanente Implantate: Die neuen Herausforderungen für den Werkzeugmaschinenbau
Auch neue Verfahren bieten Potenzial: So lassen sich mit dem SLM (Selective Laser Melting) die Prozesse schneller und besser gestalten, da die Daten direkt vom CT-Bild ins CAD-Programm überführt werden. „Somit sind ein kundenangepasstes Design des Implantats und eine an den Knochen angepasste Lage und Orientierung von Schraubenlöchern möglich“, erklärte Andreas Wiesner von SLM Solutions, Lübeck. Damit lassen sich auch organische Freiformflächen mit komplexen Geometrien aufbauen.
Langweilig wird es der Branche also in nächster Zeit eher nicht. Mit bioresorbierbaren und permanenten Implantaten stehen bereits die nächsten Herausforderungen für den Werkzeugmaschinenbau bereit.
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