Implantate mit Formgedächtnis auf Basis der Origami-Technik

Es gibt vielfältige Anwendungsbereiche, die günstige Herstellung mit Kunststoff ist möglich. [...]

Forscher der Technischen Universität Delft haben die japanische Falttechnik Origami mit einem 3D-Drucker kombiniert, um flache Gebilde zu schaffen, die sich bei Erwärmung entfalten. Das sich selbst aufbauende Bücherregal ist zwar noch eine Zukunftsvision. Bei kleineren Objekten funktioniert die Technik jedoch schon.

Einsatz in der Medizin denkbar
Das Team um Amir Zadpoor will das Verfahren insbesondere für Implantate nutzen, etwa für künstliche Zähne sowie Hüft- und Kniegelenke. Erst vor Ort entfalten sich die Pakete und passen sich perfekt an die verbliebenen Knochenreste an. Außerdem können derartige Implantate so gestaltet werden, dass Knochenzellen in das poröse Material hineinwachsen und so die Bindung verstärken.

Eingebaut in die Objekte ist ein Formgedächtnis. Sie nehmen, nachdem sie deformiert worden sind, ihre ursprüngliche Gestalt wieder an, wenn sie erwärmt werden. Auf Implantate für Menschen übertragen, „erinnern“ sie sich, sobald sie sich im Körper erwärmen. Derartige Objekte sind mühsam herzustellen. Außerdem benötigen sie teure und seltene Werkstoffe wie Nitinol, eine Legierung aus Nickel und Titan.

Plastik statt teurer Werkstoffe
Den Niederländern genügt der Kunststoff PLA, der auch als Polymilchsäure bezeichnet wird. „Pro Kilogramm kostet das Material gerade einmal 17 Euro“, sagt Zadpoor. Ungeachtet dessen sei es seinem Team gelungen, die weltweit komplexesten Objekte zu bauen, die sich selbst entfalten. Der Herstellungsprozess sei vollkommen automatisiert. Um das zu erreichen, sei es nötig gewesen dafür zu sorgen, dass sich nicht alle Elemente gleichzeitig entfalten.

„Wir mussten an bestimmten Stellen Verzögerungselemente einbauen“, sagt Zadpoor. Das gelang, indem bestimmte Teile des Objekts während des Druckvorgangs gedehnt wurden. „An diese Dehnung erinnert sich das Material später“, so die Forscher. Um Implantate herzustellen, müssen die Wissenschaftler mit anderen Werkstoffen arbeiten und ihnen auf die gleiche Art ein Formgedächtnis einprägen. Irgendwann, so Zadpoor, wird es sogar gelingen, Möbelstücke auf diese Art zu drucken und sich entfalten zu lassen.