3D-Drucker stellen aus verschiedenen Materialien in unterschiedlichen Verfahren dreidimensionale Werkstücke her. Welches Verfahren und welches Material zum Einsatz kommt, hängt vom angestrebten Nutzen und dem Einsatzbereich, sowie von der Auflösung des gedruckten Werkstücks ab. Als «Druckertinte» können Metalle, Kunststoffe und sogar Zellen verwendet werden. Die Vorteile des 3D-Druckens gegenüber anderen Herstellungsmethoden bestehen zum einen in der Geschwindigkeit der Fertigung von Einzelstücken sowie in der Dezentralität der Produktion. Ausserdem erlaubt das schichtweise Drucken eines Werkstückes Strukturen und Genauigkeiten, die mit anderen Herstellungsmethoden nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich sind.

Ursprünglich dienten die 3D-Drucker der schnellen Herstellung von Prototypen. Längst jedoch werden die Geräte vielfältiger verwendet: Zur Einzelstückanfertigung, zur dezentralen Fertigung kleiner Serien, in Forschung und Entwicklung und in der Kunst. Sie haben die Privathaushalte, ja sogar die Kinderzimmer erreicht. Auch in der Medizin befinden sich die Geräte immer häufiger im Einsatz. Denn die medizinischen 3D-Drucker ermöglichen eine individuellere, schnellere, schonendere und schlussendlich auch kostengünstigere Behandlung von Patienten.

Medizinischer 3D-Druck
Spektakulär sind die Fälle, in denen der medizinische 3D-Druck es in die Schlagzeilen schafft: Anfang 2016 wurde einem Patienten erstmals ein Halswirbel aus einem 3D-Drucker transplantiert, einer thailändischen Patientinein Mittelhandknochen aus Titan. Drei Kinder mit einer schweren Erkrankung der Luftröhre erhielten ein sich selbst auflösendes Implantat, das ihre Luftröhre am Kollabieren hindert, einen sogenannten Luftröhrensplint. Bei einem vierzehnjährigen Mädchen wurde ein solcher 3D gedruckter Luftröhrensplint sogar für den Dauereinsatz erfolgreich eingesetzt.

Der Einsatzbereich dieser virtuellen Körpermodelle ist breit. Zum einen lassen sich mit ihnen nun reale Artefakte mittels 3D-Druck herstellen, beispielsweise individuell dimensionierte Implantate oder physische Modelle von Körperteilen für die Operationsvorbereitung. Ausserdem kann die Methode auch zur Ausbildung von angehenden Ärzten eingesetzt werden. Ein Spin-off der ETHZ und der ZHAW, die Firma Virtamed, verwendet diese Simulationsmodelle, um in ihren Virtual-Reality-Simulatoren angehende Ärzte ausserhalb des OPs und ohne eine Gefährdung für Patienten für chirurgische Eingriffe zu trainieren – ein «Flugsimulator» für Ärzte, sozusagen.

Ausblick
Auf dem Areal des Inselspitals in Bern entsteht das Swiss Institute for Translational and Entrepreneurial Medicine (Sitem), in dem künftig Erkenntnisse aus Forschung und Industrie in medizinische Anwendungen «übersetzt» werden – daher der Name des Institutes. Unter anderem werden dort Forscher auch daran arbeiten, mit Hilfe des 3D-Drucks eine Versorgung von Patienten mit individualisierten Gelenken oder massgeschneiderten Zähnen zu entwickeln. Das Sitem-Insel wird bei diesem Vorhaben auch eng mit anderen Forschungsinstituten zusammenarbeiten. Die Berufung eines Professors für medizinische Anwendung des 3D-Printings ist ebenfalls geplant.

Derweil schreitet auch die Grundlagenforschung weiter voran, um immer bessere und genauere 3D-Drucke zu ermöglichen. Forscher an der ETH entwickelten jüngst ein neues Mikro-3D-Verfahren, mit dem sich feinste Strukturen sogar mit Überhängen drucken lassen – ganz ohne umständliche Schablonen. Die Strukturen aus Kupfer und anderen Metallen bewegen sich im Nanometerbereich und ermöglichen die Herstellung von Mikrowerkzeugen für minimalinvasive chirurgische Eingriffe.