DE102023200219A1 - Process for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product and corresponding product - Google Patents

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Sebastian-Paul Kopp
Vadim Medvedev
Michael Schmidt
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Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
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Blz Bayerisches Laserzentrum Gemeinnuetzige Forschungsgesellschaft Mbh
Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
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Abstract

Es werden ein Verfahren zur additiven Fertigung eines medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts und ein entsprechend gefertigtes medizinischen und/oder pharmazeutisches Produkt beschrieben. Mindestens ein Pulver (P2), das mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff aufweist, wird bereitgestellt. Eine oder mehrere Produkt-Schichten (B 1, B2, B3) des zu fertigenden Produkts werden erzeugt, wobei zur Erzeugung einer Produkt-Schicht (B3) mindestens ein Pulveranteil (A3) des mindestens einen Pulvers (P2) aufgetragen wird, indem der Pulveranteil (A3) elektrostatisch aufgeladen wird, eine Auftragseinheit (7) zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladen wird und der elektrostatisch aufgeladene Pulveranteil (A3) mittels der zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladenen Auftragseinheit (7) aufgenommen und auf eine Auftragsfläche (F) übertragen wird. Der aufgetragene Pulveranteil (A3) wird verfestigt.A method for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product and a correspondingly manufactured medical and/or pharmaceutical product are described. At least one powder (P2) which has at least one pharmaceutical active ingredient is provided. One or more product layers (B1, B2, B3) of the product to be manufactured are produced, wherein to produce a product layer (B3) at least one powder portion (A3) of the at least one powder (P2) is applied by electrostatically charging the powder portion (A3), an application unit (7) is electrostatically charged at least in some areas, and the electrostatically charged powder portion (A3) is picked up by means of the application unit (7) which is electrostatically charged at least in some areas and transferred to an application surface (F). The applied powder portion (A3) is solidified.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur additiven Fertigung eines medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts. Die Erfindung betrifft zudem ein medizinisches Produkt und ein pharmazeutisches Produkt.The invention relates to a method and device for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product. The invention also relates to a medical product and a pharmaceutical product.

Ein pharmazeutisches Produkt bzw. ein Pharmazeutikum oder Arzneimittel ist ein Stoff oder eine Zubereitung, welche zur Heilung oder Linderung von Krankheiten eingesetzt wird oder dafür sorgen soll, dass eine Krankheit oder Beschwerden gar nicht erst auftreten. Ein pharmazeutisches Produkt kann beispielsweise eine Tablette, ein Dragee oder ein Zäpfchen sein. Ein medizinisches Produkt oder Medizinprodukt ist ein Produkt mit medizinischer Zweckbestimmung, das für die Anwendung beim Menschen bestimmt ist und primär physikalisch wirkt. Beispielhafte Medizinprodukte sind Prothesen, Implantate, Stents und/oder medizinisches Werkzeug. Regelmäßig werden medizinische und/oder pharmazeutische Produkte, insbesondere Arzneimittel, im Massenfertigungsverfahren hergestellt. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, pharmazeutische und/oder medizinische Produkte individuell an einzelne Patienten anzupassen, beispielsweise indem eine Wirkstoffzusammensetzung individuell an das Krankheitsbild eines Patienten und sonstige Patienten-Eigenschaften, insbesondere Größe, Gewicht, Alter und/oder Unverträglichkeiten, angepasst werden. Es gibt diesbezüglich bereits Ansätze, medizinische und/oder pharmazeutische Produkte additiv zu fertigen, beispielsweise im Pulverbettverfahren oder durch den Druck von aushärtbaren Pasten.A pharmaceutical product or a pharmaceutical agent or medicinal product is a substance or preparation that is used to cure or alleviate illnesses or to ensure that an illness or symptoms do not occur in the first place. A pharmaceutical product can be, for example, a tablet, a dragee or a suppository. A medical product or medical device is a product with a medical purpose that is intended for use in humans and has a primarily physical effect. Examples of medical devices are prostheses, implants, stents and/or medical tools. Medical and/or pharmaceutical products, particularly medicinal products, are regularly manufactured using mass production processes. However, it has proven advantageous to adapt pharmaceutical and/or medical products to individual patients, for example by adapting an active ingredient composition to the patient's clinical picture and other patient characteristics, particularly height, weight, age and/or intolerances. There are already approaches to additively manufacture medical and/or pharmaceutical products, for example using the powder bed process or by printing hardenable pastes.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur additiven Fertigung von medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkten zu verbessern, insbesondere ein Verfahren anzugeben, das eine besonders flexible und individualisierte sowie ökonomische Fertigung dieser Produkte ermöglicht.It is an object of the present invention to improve a method for the additive manufacturing of medical and/or pharmaceutical products, in particular to provide a method that enables a particularly flexible and individualized as well as economical production of these products.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Schritten. Mindestens ein Pulver, das mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff aufweist, wird bereitgestellt. Mindestens eine Produkt-Schicht eines zu fertigenden Produkts wird erzeugt, wobei zur Erzeugung einer Produkt-Schicht mindestens ein Pulveranteil des mindestens einen Pulvers aufgetragen wird. Zur Auftragung eines Pulveranteils wird der Pulveranteil elektrostatisch aufgeladen, eine Auftragseinheit zumindest bereichsweise, insbesondere selektiv, elektrostatisch aufgeladen und der elektrostatisch aufgeladene Pulveranteil mittels der zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladenen Auftragseinheit aufgenommen und auf eine Auftragsfläche übertragen. Der aufgetragene Pulveranteil wird verfestigt. Bevorzugt werden mehrere Produkt-Schichten erzeugt.This object is achieved by a method with the steps specified in claim 1. At least one powder that has at least one pharmaceutical active ingredient is provided. At least one product layer of a product to be manufactured is produced, wherein at least one powder portion of the at least one powder is applied to produce a product layer. To apply a powder portion, the powder portion is electrostatically charged, an application unit is electrostatically charged at least in some areas, in particular selectively, and the electrostatically charged powder portion is picked up by means of the application unit that is electrostatically charged at least in some areas and transferred to an application surface. The applied powder portion is solidified. Preferably, several product layers are produced.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich der elektrofotografische Pulverauftrag besonders für die additive Fertigung von medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkten eignet. Der elektrofotografische Pulverauftrag erlaubt eine gezielte Auftragung des mindestens einen Pulvers mit dem mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff. Hierdurch kann der mindestens eine pharmazeutische Wirkstoff gezielt an die entsprechende Stelle des pharmazeutischen und/oder medizinischen Produkts appliziert werden. Das pharmazeutische und/oder medizinische Produkt ist einfach und flexibel an den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere an die Bedürfnisse eines jeweiligen Patienten anpassbar. Ein besonderer Vorteil des elektrofotografischen Pulverauftrags besteht darin, dass nur derjenige Pulveranteil aufgetragen wird, der für die Fertigung des pharmazeutischen und/oder medizinischen Produkts benötigt wird. Der Pulververbrauch ist hierdurch minimiert. Dies ist von besonderem Vorteil bei teuren Pulvern, insbesondere bei teuren pharmazeutischen Wirkstoffen. Menge und Anordnung des mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoffs sind gezielt und präzise einstellbar. Als besonders geeignet hat sich die additive Fertigung für Medizinprodukte in Form von Prothesen und/oder Implantaten erwiesen, die hierüber gezielt an den Körperbau des Patienten anpassbar sind.According to the invention, it was recognized that electrophotographic powder application is particularly suitable for the additive manufacturing of medical and/or pharmaceutical products. Electrophotographic powder application allows targeted application of the at least one powder with the at least one pharmaceutical active ingredient. This allows the at least one pharmaceutical active ingredient to be applied specifically to the corresponding location on the pharmaceutical and/or medical product. The pharmaceutical and/or medical product can be easily and flexibly adapted to the respective application, in particular to the needs of a particular patient. A particular advantage of electrophotographic powder application is that only the amount of powder required for the manufacture of the pharmaceutical and/or medical product is applied. Powder consumption is thus minimized. This is particularly advantageous for expensive powders, especially for expensive pharmaceutical active ingredients. The amount and arrangement of the at least one pharmaceutical active ingredient can be specifically and precisely adjusted. Additive manufacturing has proven to be particularly suitable for medical products in the form of prostheses and/or implants, which can be specifically adapted to the patient's body structure.

Hier und im Folgenden wird ein medizinisches und/oder pharmazeutisches Produkt der Einfachheit halber auch als Produkt bezeichnet. Pharmazeutische Wirkstoffe werden der Einfachheit halber im Folgenden auch als Wirkstoffe bezeichnet.Here and in the following, a medical and/or pharmaceutical product is also referred to as a product for the sake of simplicity. Pharmaceutical active ingredients are also referred to as active ingredients for the sake of simplicity.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur parallelen Fertigung mehrerer medizinischer und/oder pharmazeutischer Produkte. Beispielsweise können mehrere Pharmazeutika, insbesondere mehrere Tabletten, parallel zueinander gefertigt werden. Insbesondere können in unterschiedlichen Flächenbereichen der Auftragsfläche unterschiedliche medizinische und/oder pharmazeutische Produkte gefertigt werden, indem die jeweiligen Pulveranteile in diesen Flächenbereichen der Auftragsfläche aufgetragen werden. Als besonders geeignet hat sich die parallele Fertigung mehrerer medizinischer und/oder pharmazeutischer Produkte, beispielsweise mehrerer Tabletten, aus den gleichen Pulvern erwiesen. Der Pulverauftrag für die unterschiedlichen Produkte kann gleichzeitig erfolgen. Besonders bevorzugt handelt es sich um die parallele Fertigung gleichartiger Produkte, beispielsweise einer Mehrzahl gleichartiger Tabletten.The method according to the invention is particularly suitable for the parallel production of several medical and/or pharmaceutical products. For example, several pharmaceuticals, in particular several tablets, can be produced in parallel. In particular, different medical and/or pharmaceutical products can be produced in different areas of the application area by applying the respective powder proportions to these areas of the application area. The parallel production of several medical and/or pharmaceutical products, for example several tablets, from the same powders has proven to be particularly suitable. The powder application for the different products can take place simultaneously. Particularly preferred is the parallel production of similar products, for example a plurality of similar tablets.

Das mindestens eine Pulver kann insbesondere ein in Pulverform vorliegender und verarbeitbarer pharmazeutischer Wirkstoff sein. Das mindestens eine Pulver kann auch eine Pulvermischung sein, beispielsweise eine Mischung enthaltend mindestens ein Wirkstoffpulver und ein weiteres Pulver, insbesondere ein Keramikpulver, ein Metallpulver und/oder ein Polymerpulver, bevorzugt eine Mischung enthaltend mindestens ein Wirkstoffpulver und ein Polymerpulver. Ein Wirkstoffpulver kann aus reinem pulverförmigen Wirkstoff bestehen. Als besonders geeignet hat sich die Verwendung eine Kombination aus mindestens einem pharmazeutischen Wirkstoff und einem Trägerpolymer erwiesen. Unabhängig von der Art des Wirkstoffes kann somit eine gute Verarbeitbarkeit des mindestens einen Pulvers, insbesondere beim elektrofotografischen Pulverauftrag und/oder einem späteren Verfestigen, gewährleistet werden. Als geeignete Trägerpolymere haben sich insbesondere biokompatible Polymere erwiesen. Für medizinische Produkte, insbesondere Prothesen, haben sich insbesondere Pulver aus chirurgischem Edelstahl und/oder Titan als besonders geeignet erwiesen.The at least one powder can in particular be a pharmaceutical active ingredient that is present in powder form and can be processed. The at least one powder can also be a powder mixture, for example a mixture containing at least one active ingredient powder and another powder, in particular a ceramic powder, a metal powder and/or a polymer powder, preferably a mixture containing at least one active ingredient powder and a polymer powder. An active ingredient powder can consist of pure powdered active ingredient. The use of a combination of at least one pharmaceutical active ingredient and a carrier polymer has proven to be particularly suitable. Regardless of the type of active ingredient, good processability of the at least one powder can thus be ensured, in particular during electrophotographic powder application and/or subsequent solidification. Biocompatible polymers have proven to be particularly suitable carrier polymers. Powders made of surgical stainless steel and/or titanium have proven to be particularly suitable for medical products, in particular prostheses.

Als besonders geeignete Polymere haben sich biokompatible und/oder pharmazeutische Polymere erwiesen, beispielsweise Celluloseacetatphthalat (CAP, engl. Cellulose Acetate Phthalate), Celluloseacetattrimellitat (CAT, engl. Cellulose Acetate Trimellitat), Methylcellulose (MC), Ethylcellulose (EC), Hydroxyethylcellulose (HEC), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Shellac, Sodium-Carboxmethylcellulose (SCMC), Zein und/oder Eudragit, insbesondere Eudragit L-100-55. Diese Polymere können insbesondere als Trägerpolymere für pharmazeutischen Wirkstoff eingesetzt werden. Eudragit L-100-55 hat sich als besonders geeignet für den elektrofotografischen Pulverauftrag erwiesen.Biocompatible and/or pharmaceutical polymers have proven to be particularly suitable polymers, for example cellulose acetate phthalate (CAP), cellulose acetate trimellitate (CAT), methylcellulose (MC), ethylcellulose (EC), hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), polyvinylpyrrolidone (PVP), shellac, sodium carboxmethylcellulose (SCMC), zein and/or Eudragit, in particular Eudragit L-100-55. These polymers can be used in particular as carrier polymers for pharmaceutical active ingredients. Eudragit L-100-55 has proven to be particularly suitable for electrophotographic powder application.

Polymerpulver und/oder Keramikpulver sind direkt elektrostatisch aufladbar. Zur elektrostatischen Aufladung können metallischen Pulvern dielektrische Bestandteile hinzugefügt werden. Polymer powders and/or ceramic powders can be directly electrostatically charged. Dielectric components can be added to metallic powders to create an electrostatic charge.

Beispielsweise können metallische Pulver eine Beschichtung aus einem dielektrischen Material aufweisen. Das mindestens eine Pulver kann weitere Bestandteile, beispielsweise Binder und/oder Additive aufweisen. Geeignete Additive sind insbesondere Fließhilfsmittel und/oder Ladungssteuerungsstoffe. Ladungssteuerungsstoffe können eine Aufladung des Pulvers, insbesondere eine triboelektrische Aufladung des Pulvers, unterstützen.For example, metallic powders can have a coating made of a dielectric material. The at least one powder can have further components, for example binders and/or additives. Suitable additives are in particular flow aids and/or charge control substances. Charge control substances can support charging of the powder, in particular triboelectric charging of the powder.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Multimaterialverarbeitung. Durch die Bereitstellung verschiedener Pulver können mithilfe des Verfahrens verschiedene Werkstoffe und/oder Wirkstoffe integral zu einem Produkt kombiniert werden. Es resultiert ein einstückiges Produkt, das bereichsweise unterschiedliche Werkstoffe und/oder unterschiedliche Wirkstoffe und/oder unterschiedliche Wirkstoffkonzentrationen aufweist. Ein nachträgliches Fügen von vorgefertigten Produktkomponenten aus unterschiedlichen Werk- und/oder Wirkstoffen ist nicht erforderlich. Beispielsweise ist eine Kombination von unterschiedlichen kommerziell erhältlichen Werkstoffen, insbesondere von kommerziell erhältlichen Polymerwerkstoffen möglich. Besonders vorteilhafterweise sind Werkstoffe und/oder Wirkstoffe mit stark unterschiedlichen Eigenschaften kombinierbar, insbesondere mit stark unterschiedlichen mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften, beispielsweise mit stark unterschiedlichen Schmelztemperaturen. Hierdurch sind Produkte mit gezielt einstellbaren, insbesondere lokal einstellbaren, Eigenschaften fertigbar. Insbesondere kann eine einstellbare, insbesondere zeitlich verzögerte, Wirkstoffabgabe erzielt werden. Unterschiedliche Wirkstoffe können zu unterschiedlichen Zeiten und/oder mit unterschiedlichen Abgaberaten abgegeben werden.The process is particularly suitable for multi-material processing. By providing different powders, the process can be used to combine different materials and/or active ingredients into one product. The result is a one-piece product that has different materials and/or different active ingredients and/or different active ingredient concentrations in certain areas. Subsequent joining of prefabricated product components made of different materials and/or active ingredients is not necessary. For example, a combination of different commercially available materials, in particular commercially available polymer materials, is possible. Materials and/or active ingredients with very different properties can be combined particularly advantageously, in particular with very different mechanical and/or thermal properties, for example with very different melting temperatures. This makes it possible to manufacture products with properties that can be specifically adjusted, in particular locally adjusted. In particular, an adjustable, in particular delayed, release of active ingredients can be achieved. Different active ingredients can be released at different times and/or with different release rates.

Die elektrostatische Aufladung der Pulveranteile kann mittels des triboelektrischen Effekts und/oder Gasentladung erfolgen. Die auf dem Prinzip der Gasentladung basierende Aufladung kann insbesondere mit einem Coronadraht und/oder einem Scorotron erfolgen. Ein Scorotron, auch Corona-Gitter (englisch: corona grid) genannt, hat sich als besonders geeignet erwiesen, da dieses eine Steuerung des elektrischen Beschleunigungsfeldes für die mittels Gasentladung erzeugten Ionen ermöglicht. Hierdurch ist eine präzisere Einstellung des gewünschten Oberflächenpotentials der aufzuladenden Pulverschicht möglich. Zur Erzeugung unterschiedlicher Polaritäten kann eine Pulver-Aufladeeinheit eine umpolbare Spannungsquelle aufweisen. Mittels der umpolbaren Spannungsquelle sind insbesondere ein Coronadraht und/oder ein Scorotron mit elektrischer Spannung unterschiedlicher Polarität beaufschlagbar.The electrostatic charging of the powder components can be carried out by means of the triboelectric effect and/or gas discharge. The charging based on the principle of gas discharge can be carried out in particular with a corona wire and/or a scorotron. A scorotron, also called a corona grid, has proven to be particularly suitable because it enables control of the electric acceleration field for the ions generated by gas discharge. This enables a more precise setting of the desired surface potential of the powder layer to be charged. To generate different polarities, a powder charging unit can have a reversible voltage source. Using the reversible voltage source, a corona wire and/or a scorotron in particular can be charged with electrical voltage of different polarity.

Die Auftragseinheit ist zumindest bereichsweise, insbesondere selektiv, elektrostatisch aufladbar. Dies ermöglicht einen selektiven Pulverauftrag. Zur bereichsweisen, insbesondere selektiven, elektrostatischen Aufladung haben sich elektrofotografische Methoden als besonders geeignet erwiesen. Beispielsweise weist die Auftragseinheit eine fotoleitende Schicht, insbesondere eine Schicht aus Arsen(III)-Selenid (As2Se3), auf. Eine fotoleitende Schicht ist dielektrisch, wird bei Belichtung mit geeigneter Strahlung im belichteten Bereich jedoch leitend. Dies wird als fotoelektrischer Effekt bezeichnet. Die fotoleitende Schicht der Auftragseinheit wird im Folgenden auch als Fotoleiterschicht bezeichnet. Die fotoleitende Schicht kann durch Gasentladung, insbesondere mit Hilfe eines Coronadrahts und/oder eines Scorotrons, elektrostatisch aufgeladen werden. Durch gezielte Belichtung einzelner Bereiche der elektrostatisch aufgeladenen fotoleitenden Schicht können die belichteten Bereiche selektiv entladen werden. Die Belichtung erfolgt beispielsweise mittels einer Leuchtdiode. Bei einer fotoleitenden Schicht aus Arsen(III)-Selenid hat sich die Belichtung mit einer Wellenlänge von etwa 613 nm als besonders geeignet erwiesen.The application unit can be electrostatically charged at least in certain areas, in particular selectively. This enables selective powder application. Electrophotographic methods have proven to be particularly suitable for electrostatic charging in certain areas, in particular selectively. For example, the application unit has a photoconductive layer, in particular a layer of arsenic(III) selenide (As 2 Se 3 ). A photoconductive layer is dielectric, but becomes conductive in the exposed area when exposed to suitable radiation. This is referred to as the photoelectric effect. The photoconductive layer of the application unit is also referred to below as the photoconductor layer. The photoconductive layer can be charged by gas discharge, in the The photoconductive layers can be electrostatically charged, particularly with the help of a corona wire and/or a scorotron. By specifically exposing individual areas of the electrostatically charged photoconductive layer, the exposed areas can be selectively discharged. The exposure is carried out using a light-emitting diode, for example. For a photoconductive layer made of arsenic(III) selenide, exposure with a wavelength of around 613 nm has proven to be particularly suitable.

Zur Aufnahme des elektrostatisch aufgeladenen Pulveranteils werden die Pulverpartikel des Pulveranteils durch die zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladene Auftragseinheit elektrostatisch angezogen. Je nach relativer Polarität der Aufladung der Auftragseinheit und des Pulveranteils haften die Pulverpartikel in elektrostatisch aufgeladenen Bereichen oder in selektiv entladenen Bereichen der Auftragseinheit, insbesondere einer fotoleitenden Schicht der Auftragseinheit, an. Die elektrostatische Aufladung des Pulveranteils und die Aufnahme des elektrostatisch aufgeladenen Pulveranteils mittels der Auftragseinheit wird auch als Entwicklungsschritt bezeichnet.In order to absorb the electrostatically charged powder portion, the powder particles of the powder portion are electrostatically attracted by the application unit, which is electrostatically charged at least in some areas. Depending on the relative polarity of the charge of the application unit and the powder portion, the powder particles adhere to electrostatically charged areas or to selectively discharged areas of the application unit, in particular a photoconductive layer of the application unit. The electrostatic charging of the powder portion and the absorption of the electrostatically charged powder portion by means of the application unit is also referred to as a development step.

Zur Unterstützung der Aufnahme des elektrostatisch aufgeladenen Pulveranteils weist die Auftragseinheit bevorzugt einen leitfähigen Grundkörper auf. Der Grundkörper kann beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein. Der leitfähige Grundkörper der Auftragseinheit kann mit einer Aufnahmespannung beaufschlagt werden, die die Anziehung und das Anhaften des Pulveranteils begünstigt. Die Aufnahmespannung weist eine zu der Aufladung des Pulveranteils konträre Polarität auf. Die Auftragseinheit weist vorzugsweise eine umpolbare Auftragseinheit-Spannungsquelle auf. Mittels der umpolbaren Auftragseinheit-Spannungsquelle ist die Auftragseinheit, insbesondere deren Grundkörper, mit einer Aufnahmespannung mit einer zu der jeweiligen Aufladung der Pulveranteile konträren Polarität beaufschlagbar. Größe und Polarität der Aufnahmespannung sind gezielt an den aufzunehmenden Pulveranteil, insbesondere an eine Masse der Pulverpartikel und/oder deren elektrostatische Aufladung, anpassbar.To support the absorption of the electrostatically charged powder portion, the application unit preferably has a conductive base body. The base body can be made of aluminum, for example. The conductive base body of the application unit can be subjected to a receiving voltage that promotes the attraction and adhesion of the powder portion. The receiving voltage has a polarity that is opposite to the charge of the powder portion. The application unit preferably has a reversible application unit voltage source. By means of the reversible application unit voltage source, the application unit, in particular its base body, can be subjected to a receiving voltage with a polarity that is opposite to the respective charge of the powder portion. The size and polarity of the receiving voltage can be specifically adapted to the powder portion to be absorbed, in particular to a mass of the powder particles and/or their electrostatic charge.

Der mittels der Auftragseinheit aufgenommene Pulveranteil wird auf eine Auftragsfläche übertragen. Das Übertragen auf die Auftragsfläche umfasst insbesondere einen Transfer der Auftragseinheit mit dem anhaftenden Pulveranteil in einen Bauraum und ein Ablegen des Pulveranteils auf die Auftragsfläche. Das Übertragen des Pulveranteils, insbesondere das Ablegen des Pulveranteils, auf die Auftragsfläche wird auch als Druckschritt bezeichnet. Die Auftragsfläche ist diejenige Fläche, auf die der Pulveranteil zur Erzeugung der jeweiligen Produkt-Schicht aufzutragen ist. Für die erste Produkt-Schicht kann dies insbesondere eine Bauplattform des Bauraums und/oder ein Substrat, auf welchem das Produkt erzeugt werden soll, sein. Es ist auch möglich, dass ein Produkt-Grundkörper, beispielsweise ein Prothesen-Grundkörper bereitgestellt wird, auf dem die weiteren Produkt-Schichten gefertigt werden. Die Auftragsfläche kann auch eine Oberfläche eines bereitgestellten Produkt-Grundkörpers sein. Für weitere Produkt-Schichten wird die Auftragsfläche durch die zuvor erzeugte Produkt-Schicht gebildet.The powder portion picked up by the application unit is transferred to an application surface. Transferring to the application surface includes in particular transferring the application unit with the adhering powder portion into a construction space and depositing the powder portion on the application surface. Transferring the powder portion, in particular depositing the powder portion, onto the application surface is also referred to as a printing step. The application surface is the surface onto which the powder portion is to be applied to produce the respective product layer. For the first product layer, this can in particular be a construction platform of the construction space and/or a substrate on which the product is to be produced. It is also possible for a product base body, for example a prosthesis base body, to be provided on which the further product layers are manufactured. The application surface can also be a surface of a provided product base body. For further product layers, the application surface is formed by the previously produced product layer.

Für den Transfer in den Bauraum kann die Auftragseinheit verlagerbar sein, insbesondere translatorisch verlagerbar sein. Bevorzugt ist die Auftragseinheit in mindestens zwei translatorischen Freiheitsgraden verlagerbar, insbesondere in Richtung einer Oberflächennormalen der Auftragsfläche und in eine Richtung senkrecht hierzu. Dies ermöglicht eine einfache und präzise Verlagerung der Auftragseinheit mit dem daran anhaftenden Pulveranteil in den Bauraum und eine einfache und präzise Zustellung relativ zu der Auftragsfläche. Die Positionierung der Auftragseinheit in Richtung der Oberflächennormalen der Auftragsfläche kann insbesondere abhängig von einer bereits erzeugten Produkthöhe erfolgen. Bevorzugt ist ein Abstand der Auftragseinheit zu der Auftragsfläche unabhängig von bereits erzeugten Produkt-Schichten einstellbar. Zur Verlagerung kann die Auftragseinheit beispielsweise an einem Positioniersystem angeordnet sein. Als geeignet hat sich beispielsweise eine Linearachse und ein Präzisionshubtisch für die translatorische Bewegung und Zustellung relativ zu dem Bauraum bzw. zu der Auftragsfläche erwiesen. For transfer into the construction space, the application unit can be displaced, in particular translationally displaced. Preferably, the application unit can be displaced in at least two translational degrees of freedom, in particular in the direction of a surface normal of the application surface and in a direction perpendicular to this. This enables simple and precise displacement of the application unit with the powder portion adhering to it into the construction space and simple and precise delivery relative to the application surface. The positioning of the application unit in the direction of the surface normal of the application surface can be carried out in particular depending on a product height already produced. Preferably, a distance of the application unit to the application surface is adjustable independently of product layers already produced. For displacement, the application unit can be arranged on a positioning system, for example. A linear axis and a precision lifting table, for example, have proven suitable for the translational movement and delivery relative to the construction space or to the application surface.

Bevorzugt wird das Anhaften des Pulveranteils an der Auftragseinheit insbesondere während des Transfers in den Bauraum durch eine an die Auftragseinheit, insbesondere deren Grundkörper, angelegte Haltespannung unterstützt. Die Haltespannung kann insbesondere der Aufnahmespannung entsprechen. Die Haltespannung ist beispielsweise mit Hilfe der Auftragseinheit-Spannungsquelle erzeugbar.Preferably, the adhesion of the powder portion to the application unit is supported, particularly during transfer into the construction space, by a holding voltage applied to the application unit, particularly its base body. The holding voltage can in particular correspond to the receiving voltage. The holding voltage can be generated, for example, using the application unit voltage source.

Bevorzugt ist die Auftragseinheit, insbesondere deren Grundkörper, mit einer Ablegespannung beaufschlagbar. Die Ablegespannung weist besonders bevorzugt die gleiche Polarität auf wie die elektrostatische Aufladung des zu übertragenden Pulveranteils. Die Ablegespannung unterstützt ein Ablegen des Pulveranteils auf die Auftragsfläche. Die Ablegespannung kann beispielsweise mittels der Auftragseinheit-Spannungsquelle erzeugt werden. Zum Ablegen des Pulveranteils kann die Auftragseinheit-Spannungsquelle vorteilhafterweise umgepolt werden, um von einer Haltespannung zu der Ablegespannung umzuschalten.Preferably, the application unit, in particular its base body, can be subjected to a deposition voltage. The deposition voltage particularly preferably has the same polarity as the electrostatic charge of the powder portion to be transferred. The deposition voltage supports the deposition of the powder portion onto the application surface. The deposition voltage can be generated, for example, by means of the application unit voltage source. To deposit the powder portion, the application unit voltage source can advantageously be reversed in order to switch from a holding voltage to the deposition voltage.

Der auf die Auftragsfläche übertragene Pulveranteil wird zur Erzeugung der jeweiligen Produkt-Schicht verfestigt. Beispielsweise kann der aufgetragene Pulveranteil thermisch verfestigt werden. Hierzu kann der Pulveranteil oder eine Komponente des Pulveranteils, beispielsweise ein Trägerpolymer und/oder ein Binder, aufgeschmolzen werden. Die thermische Verfestigung eignet sich besonders bei der Verarbeitung von Polymerpulvern. Zum Aufschmelzen kann der Bauraum beheizt werden, insbesondere mittels Heizstrahlen und/oder Lasern. Ein Aufschmelzen des Pulverbestandteils oder zumindest eines Bestandteils hiervon kann auch selektiv, beispielsweise durch Elektronenstrahlschmelzen und/oder selektives Lasersintern erfolgen. Die Verfestigung kann auch mit alternativen Methoden, beispielsweise mittels Binder-Jetting, erfolgen. Dies ermöglicht ein Verfestigen ohne Aufschmelzen des Pulvers, was insbesondere bei hochschmelzenden Pulvern, beispielsweise bei metallischen und/oder keramischen Pulvern, vorteilhaft ist.The powder portion transferred to the application surface is solidified to produce the respective product layer. For example, the applied powder portion can be thermally solidified. For this purpose, the powder portion or a component of the powder portion, for example a carrier polymer and/or a binder, can be melted. Thermal solidification is particularly suitable for processing polymer powders. The construction space can be heated for melting, in particular by means of heating rays and/or lasers. Melting of the powder component or at least one component thereof can also be carried out selectively, for example by electron beam melting and/or selective laser sintering. Solidification can also be carried out using alternative methods, for example by means of binder jetting. This enables solidification without melting the powder, which is particularly advantageous for high-melting powders, for example metallic and/or ceramic powders.

Durch die schichtweise Erzeugung der mindestens einen Produkt-Schicht, insbesondere der mehreren Produkt-Schichten, kann das Produkt insgesamt fertiggestellt werden. Nach der schichtweisen Erzeugung der Produkt-Schichten können jedoch auch weitere Fertigungsschritte, insbesondere Nachbearbeitungsschritte, vorgesehen sein. Beispielsweise kann durch die schichtweise Erzeugung der Produkt-Schichten ein Grünteil erzeugt werden, aus dem durch geeignete Nachbearbeitungsschritte das Produkt fertiggestellt wird. Insbesondere für den Fall, dass aufgetragene Pulveranteile nicht oder nicht vollständig verfestigt werden, kann nach der schichtweisen Erzeugung der Produkt-Schichten in einem Nachbearbeitungsschritt ein weiteres Verfestigen der Produkt-Schichten zur Fertigstellung des Produkts erfolgen. Beispielsweise kann ein zuvor erzeugtes Grünteil entbindert und/oder gesintert werden.By producing the at least one product layer, in particular the multiple product layers, layer by layer, the product as a whole can be completed. However, after the product layers have been produced layer by layer, further manufacturing steps, in particular post-processing steps, can also be provided. For example, by producing the product layers layer by layer, a green part can be produced, from which the product is completed using suitable post-processing steps. In particular, if applied powder components are not solidified or not completely solidified, the product layers can be further solidified in a post-processing step after the product layers have been produced layer by layer to complete the product. For example, a previously produced green part can be debindered and/or sintered.

Nach dem Auftrag eines Pulveranteils werden eventuell noch an der Auftragseinheit, insbesondere deren fotoleitenden Schicht, vorhandene elektrostatische Ladungen gelöscht. Hierzu kann die fotoleitende Schicht der Auftragseinheit vollflächig belichtet werden.After a portion of the powder has been applied, any electrostatic charges that may still be present on the application unit, particularly its photoconductive layer, are eliminated. To do this, the photoconductive layer of the application unit can be fully exposed.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens werden mindestens zwei Pulver bereitgestellt und zur Erzeugung der mindestens einen Produkt-Schicht verwendet. Die Breistellung und Verarbeitung mindestens zweier Pulver ermöglicht eine besonders flexible Kombination unterschiedlicher Werk- und/oder Wirkstoffe. Bei der Erzeugung der Produkt-Schichten können Pulveranteile von unterschiedlichen Pulvern verwendet werden, um verschiedene Materialien, insbesondere unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe, in dem Produkt zu kombinieren. Beispielsweise können verschiedene Produkt-Schichten aus Pulveranteilen unterschiedlicher Materialien gefertigt werden. Es ist auch möglich, unterschiedliche Materialien in einer Produkt-Schicht zu kombinieren. Beispielsweise können zur Erzeugung einer Produkt-Schicht mehrere Pulveranteile unterschiedlicher Pulver sequentiell aufgetragen werden.According to a preferred aspect of the method, at least two powders are provided and used to produce the at least one product layer. The preparation and processing of at least two powders enables a particularly flexible combination of different materials and/or active ingredients. When producing the product layers, powder fractions from different powders can be used to combine different materials, in particular different pharmaceutical active ingredients, in the product. For example, different product layers can be made from powder fractions of different materials. It is also possible to combine different materials in one product layer. For example, several powder fractions of different powders can be applied sequentially to produce a product layer.

Weitere bereitgestellte Pulver können einen pharmazeutischen Wirkstoff, insbesondere einen anderen pharmazeutischen Wirkstoff aufweisen. Es ist auch möglich, dass weitere Pulver keinen pharmazeutischen Wirkstoff enthalten, beispielsweise zur Erzeugung einer Umhüllung oder Einkapselung eines Wirkstoffs und/oder eines Produkt-Grundkörpers. Beispielsweise kann ein Produkt-Grundkörper, insbesondere ein Prothesen-Grundkörper, ohne pharmazeutischen Wirkstoff erzeugt werden. Auf einer Oberfläche des Produkt-Grundkörpers können eine oder mehrere pharmazeutisch aktive Bereiche aus einem Pulver mit mindestens einem pharmazeutischen Wirkstoff erzeugt werden.Other powders provided can contain a pharmaceutical active ingredient, in particular another pharmaceutical active ingredient. It is also possible for other powders to contain no pharmaceutical active ingredient, for example to produce a coating or encapsulation of an active ingredient and/or a product base body. For example, a product base body, in particular a prosthesis base body, can be produced without a pharmaceutical active ingredient. One or more pharmaceutically active areas can be produced on a surface of the product base body from a powder with at least one pharmaceutical active ingredient.

Die mindestens zwei Pulver werden insbesondere zur Fertigung unterschiedlicher Produktbereiche verwendet. In unterschiedlichen Produktbereichen können unterschiedliche Werkstoffe und/oder pharmazeutische Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkonzentrationen gezielt appliziert werden. Es ist auch möglich, die mindestens zwei Pulver in einem gemeinsamen Produktbereich aufzutragen. Beispielsweise können hierdurch Mischbereiche erzeugt werden, in denen unterschiedliche Pulver, insbesondere unterschiedliche Trägerpolymere und/oder pharmazeutische Wirkstoffe, kombiniert werden. Hierdurch lassen sich insbesondere neue Wirkstoffkombinationen in dem medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkt integrieren.The at least two powders are used in particular for the production of different product areas. Different materials and/or pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations can be applied in a targeted manner in different product areas. It is also possible to apply the at least two powders in a common product area. For example, this can be used to create mixing areas in which different powders, in particular different carrier polymers and/or pharmaceutical active ingredients, are combined. This makes it possible in particular to integrate new active ingredient combinations into the medical and/or pharmaceutical product.

Hier und im Folgenden wird unter einem Produktbereich ein Teilbereich des herzustellenden pharmazeutischen und/oder medizinischen Produkts verstanden. Ein Produktbereich kann beispielsweise Produkt-Grundkörper, ein auf einer Oberfläche eines Produkt-Grundkörpers aufgetragener Bereich, ein Bereich mit einem bestimmten Wirkstoff und/oder Wirkstoffkonzentration sein. Unterschiedliche Produktbereiche können beispielsweise mit unterschiedlichen Pulvern gefertigt werden. Ein mindestens einen Wirkstoff enthaltender Produktbereich wird auch als Wirkstoffbereich oder, insbesondere bei Medizinprodukten, als pharmazeutisch aktiver Produktbereich. Ein Produktbereich kann auch ein Übergangsbereich zwischen zwei anderen Produktbereichen sein.Here and in the following, a product area is understood to be a sub-area of the pharmaceutical and/or medical product to be manufactured. A product area can be, for example, a product base body, an area applied to a surface of a product base body, an area with a specific active ingredient and/or active ingredient concentration. Different product areas can be manufactured with different powders, for example. A product area containing at least one active ingredient is also referred to as an active ingredient area or, in particular in the case of medical products, as a pharmaceutically active product area. A product area can also be a transition area between two other product areas.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens weisen die mindestens zwei Pulver unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe und/oder unterschiedliche Wirkstoffkonzentrationen auf. Dies ermöglicht eine besonders flexible Kombination unterschiedlicher Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkombinationen. Beispielsweise können unterschiedliche Produktbereiche mit unterschiedlichen Wirkstoffen zu einer gezielteren Wirkstoffabgabe führen. Insbesondere ist es möglich, verschiedene Wirkstoffe zu unterschiedlichen Zeiten, mit unterschiedlichen Abgaberaten und/oder an unterschiedlichen Körperteilen des Patienten zu applizieren. Insbesondere ist es möglich, an einem medizinischen Produkt, beispielsweise an einer Prothese und/oder einem Implantat, unterschiedliche Produktbereiche, insbesondere unterschiedliche pharmazeutisch aktive Produktbereiche, mit unterschiedlichen Wirkstoffe und/oder unterschiedlichen Wirkstoffkonzentrationen vorzusehen. Auf diese Weise können die jeweils erforderlichen Wirkstoffe gezielt an der entsprechenden Stelle appliziert werden, beispielsweise um ein Anwachsen eines bestimmten Teils eines Implantats und/oder einer Prothese an menschliches Gewebe zu fördern und an anderer Stelle zu verhindern. Insbesondere bei der Fertigung eines pharmazeutischen Produkts hat die Verwendung unterschiedlicher Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkombinationen den Vorteil, dass verschiedene Wirkstoffe zu unterschiedlichen Zeiten und/oder mit unterschiedlichen Abgaberaten abgegeben werden können.According to a preferred aspect of the method, the at least two powders comprise different pharmaceutical active ingredients and/or different active ingredient concentrations. This enables a particularly flexible combination of different active ingredients and/or active ingredient combinations. For example, different product areas with different active ingredients can lead to a more targeted release of active ingredients. In particular, it is possible to apply different active ingredients at different times, with different release rates and/or to different parts of the patient's body. In particular, it is possible to provide different product areas, in particular different pharmaceutically active product areas, with different active ingredients and/or different active ingredient concentrations on a medical product, for example on a prosthesis and/or an implant. In this way, the active ingredients required in each case can be applied specifically to the appropriate location, for example to promote the growth of a certain part of an implant and/or a prosthesis onto human tissue and to prevent it from growing elsewhere. In particular when manufacturing a pharmaceutical product, the use of different active ingredients and/or active ingredient combinations has the advantage that different active ingredients can be released at different times and/or with different release rates.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens werden zur Erzeugung einer Produkt-Schicht jeweils Pulveranteile der mindestens zwei Pulver auf die Auftragsfläche aufgetragen. Die verschiedenen Pulveranteile können auf einen gleichen Flächenbereich der Auftragsfläche oder auf unterschiedliche Flächenbereiche der Auftragsfläche aufgetragen werden. Unterschiedlichen Flächenbereiche können disjunkt sein oder Überschneidungen aufweisen. Dies ermöglicht eine Kombination unterschiedlicher Pulver, insbesondere unterschiedlicher Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkonzentrationen, in einzelnen Produkt-Schichten. Unterschiedliche Pulver sind besonders flexibel kombinierbar. Dies erhöht die Gestaltungsfreiheit und Flexibilität bei der Fertigung des Produkts. Insbesondere ist es nicht erforderlich, ganze Produkt-Schichten aus nur einem Material, insbesondere mit nur einem Wirkstoff, einer Wirkstoffkombination und/oder einer Wirkstoffkonzentration, zu fertigen. Verschiedene Werk- und/oder Wirkstoffe können gezielt an bestimmten Produktbereichen angeordnet und/oder kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Wirkstoffbereich ummantelt werden, um eine möglichst retardierte Abgabe desselben zu ermöglichen.According to a preferred aspect of the method, powder fractions of the at least two powders are applied to the application surface to produce a product layer. The different powder fractions can be applied to the same surface area of the application surface or to different surface areas of the application surface. Different surface areas can be disjoint or overlap. This enables a combination of different powders, in particular different active ingredients and/or active ingredient concentrations, in individual product layers. Different powders can be combined particularly flexibly. This increases the design freedom and flexibility in the manufacture of the product. In particular, it is not necessary to manufacture entire product layers from just one material, in particular with just one active ingredient, an active ingredient combination and/or an active ingredient concentration. Different materials and/or active ingredients can be arranged and/or combined in a targeted manner in certain product areas. For example, an active ingredient area can be coated to enable the release of the active ingredient to be as delayed as possible.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zwischen Produktbereichen, die aus unterschiedlichen Pulvern gefertigt werden, ein Übergangsbereich mit einem gradierten Übergang zwischen den unterschiedlichen Pulvern gefertigt. Insbesondere kann ein Anteil des jeweiligen Pulvers graduell zu- bzw. abnehmen. Beispielsweise kann ein Übergangsbereich zwischen zwei Produktbereichen, die aus einem ersten Pulver bzw. aus einem zweiten Pulver gefertigt sind, von dem Produktbereich des ersten Pulvers zu dem Produktbereich des zweiten Pulvers hin einen graduellen Anstieg des Anteils des zweiten Pulvers bei gleichzeitig entsprechender Abnahme des Anteils des ersten Pulvers aufweisen. Hierdurch ist ein gezielter Übergang zwischen verschiedenen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen möglich. Der Übergangsbereich erlaubt besonders flexible und gezielt einstellbare Wirkstoffkombinationen, insbesondere mit Hinblick auf deren zeitlich sequentielle Abgabe an den Patienten. Die Größe des Übergangsbereichs kann flexibel gewählt werden.According to a preferred aspect of the method, a transition area with a graduated transition between the different powders is produced between product areas that are made from different powders. In particular, a proportion of the respective powder can gradually increase or decrease. For example, a transition area between two product areas that are made from a first powder or a second powder can have a gradual increase in the proportion of the second powder from the product area of the first powder to the product area of the second powder with a simultaneous corresponding decrease in the proportion of the first powder. This enables a targeted transition between different active ingredients and/or active ingredient concentrations. The transition area allows particularly flexible and specifically adjustable active ingredient combinations, in particular with regard to their sequential delivery to the patient. The size of the transition area can be flexibly selected.

Der gradierte Übergang kann beispielsweise mittels konsekutiv aufzutragender Produkt-Schichten erzeugt werden. Beispielsweise kann die zur Fertigung von aufeinander folgenden Produkt-Schichten verwendete Pulverzusammensetzung von Produkt-Schicht zu Produkt-Schicht individuell angepasst werden.The graduated transition can be created, for example, by applying product layers consecutively. For example, the powder composition used to produce successive product layers can be individually adapted from product layer to product layer.

Vorteilhafter Weise ermöglicht der elektrofotografische Pulverauftrag die Fertigung von gradierten Übergängen innerhalb einer Produkt-Schicht. Hierzu können beispielsweise unterschiedliche Pulver, deren Anteil graduell angepasst werden soll, unterschiedlich stark elektrostatisch aufgeladen werden. Zusätzlich oder alternativ können an der Auftragseinheit unterschiedlich stark elektrostatisch aufgeladene Bereiche erzeugt werden, beispielsweise durch bereichsweise unterschiedlich starke Entladung der Auftragseinheit. Hierdurch kann das Anhaften der jeweiligen Pulver gezielt gesteuert werden, um beispielsweise verschiedene Mengen der Pulver in einzelne Bereiche der Auftragsfläche aufzutragen.Electrophotographic powder application advantageously enables the production of graduated transitions within a product layer. For this purpose, for example, different powders, the proportion of which is to be gradually adjusted, can be electrostatically charged to different degrees. Additionally or alternatively, areas with different levels of electrostatic charge can be created on the application unit, for example by discharging the application unit to different degrees in certain areas. This allows the adhesion of the respective powders to be controlled in a targeted manner, for example to apply different amounts of powder to individual areas of the application surface.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens weist das mindestens eine Pulver ein Trägerpolymer und den mindestens einen Wirkstoff auf. Die Verwendung eines Trägerpolymers hat sich als besonders geeignet erwiesen. Insbesondere ist das Verfahren nicht auf Wirkstoffe beschränkt, die sich elektrostatisch aufladen und/oder verfestigen, insbesondere aufschmelzen lassen. Die Verwendung des Trägerpolymers erweitert die Anwendbarkeit des Verfahrens auf alle gängigen pharmazeutischen Wirkstoffe.According to a preferred aspect of the method, the at least one powder comprises a carrier polymer and the at least one active ingredient. The use of a carrier polymer has proven to be particularly suitable. In particular, the method is not limited to active ingredients that can be electrostatically charged and/or solidified, in particular melted. The use of the carrier polymer extends the applicability of the method to all common pharmaceutical active ingredients.

Besonders bevorzugt hat der mindestens eine pharmazeutische Wirkstoff in dem mindestens einen Pulver einen Anteil von 1 Gew.-% bis 50 Gew.-%. Der prozentuale Gewichtsanteil des Wirkstoffes kann beispielsweise etwa 1 Gew.-%, 5 Gew.-%, 10 Gew.-%, 15 Gew.-%, 20 Gew.- %, 25 Gew.-%, 30 Gew.-%, 35 Gew.-%, 40 Gew.-%, 45 Gew.-% oder 50 Gew.-% betragen. Die Wirkstoffkonzentration kann flexibel an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.Particularly preferably, the at least one pharmaceutical active ingredient in the at least one powder has a proportion of 1 wt.% to 50 wt.%. The percentage weight of the active ingredient can be, for example, about 1 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 20 wt.%, 25 wt.%, 30 wt.%, 35 wt.%, 40 wt.%, 45 wt.% or 50% by weight. The active ingredient concentration can be flexibly adapted to the respective application.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird ein Produkt-Grundkörper bereitgestellt, auf dem die mindestens eine Produktschicht erzeugt wird, bevorzugt mehrere Produktschichten erzeugt werden. Dies erlaubt es, einen Produkt-Grundkörper, beispielsweise einen Implantat- und/oder Prothesen-Grundkörper, unabhängig von der Auftragung des mindestens einen Pulvers mit dem mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff bereitzustellen, insbesondere zu fertigen. According to a preferred aspect of the method, a product base body is provided on which the at least one product layer is produced, preferably several product layers are produced. This makes it possible to provide, in particular to manufacture, a product base body, for example an implant and/or prosthesis base body, independently of the application of the at least one powder with the at least one pharmaceutical active ingredient.

Beispielsweise können Produkt-Grundkörper aus Materialien bereitgestellt werden, die sich nicht parallel mit dem mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff verarbeiten lassen, beispielsweise weil diese bei sehr hohen Temperaturen verarbeitet werden. Der Produkt-Grundkörper kann vorzugsweise aus Keramik und/oder Metall, insbesondere aus Titan, gefertigt sein. Die Bereitstellung, insbesondere Fertigung, des Produkt-Grundkörpers beeinträchtigt die Verarbeitbarkeit des mindestens einen Pulvers mit dem mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff nicht.For example, product base bodies can be made of materials that cannot be processed in parallel with the at least one pharmaceutical active ingredient, for example because they are processed at very high temperatures. The product base body can preferably be made of ceramic and/or metal, in particular titanium. The provision, in particular manufacture, of the product base body does not affect the processability of the at least one powder with the at least one pharmaceutical active ingredient.

Bevorzugt können an unterschiedlichen Oberflächenbereichen des bereitgestellten Produkt-Grundkörpers verschiedene Produkt-Schichten, insbesondere mit unterschiedlichen pharmazeutischen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen, gefertigt werden. Dies ermöglicht es, pharmazeutisch aktive Bereiche in dem Produkt, insbesondere in einem Medizinprodukt, gezielt zu applizieren.Preferably, different product layers, in particular with different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations, can be manufactured on different surface areas of the product base body provided. This makes it possible to apply pharmaceutically active areas in the product, in particular in a medical product, in a targeted manner.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird der Produkt-Grundkörper aus mindestens einem Pulver additiv gefertigt, insbesondere unter Verwendung von elektrofotografischem Pulverauftrag. Das mindestens eine zur Erzeugung des Produkt-Grundkörpers verwendete Pulver ist insbesondere unterschiedlich zu dem zur Fertigung der Produkt-Schichten verwendeten mindestens einen Pulver mit mindestens einem pharmazeutischen Wirkstoff. Beispielsweise kann das zur Erzeugung des Produkt-Grundkörpers verwendete Pulver ein Keramikpulver und/oder ein Metallpulver, insbesondere ein Titanpulver, sein. Die additive Fertigung des Produkt-Grundkörpers erlaubt es, auch den Grundkörper besonders gezielt an den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere den jeweiligen Patienten, anzupassen. Produkt-Grundkörper und weitere Produkt-Schichten können in sequenziellen Fertigungsprozessen hergestellt werden. Hierdurch sind insbesondere Materialien kombinierbar, die aufgrund stark unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere thermischer Eigenschaften, eine gleichzeitige Verarbeitung erschweren, insbesondere ausschließen.According to a preferred aspect of the method, the product base body is additively manufactured from at least one powder, in particular using electrophotographic powder application. The at least one powder used to produce the product base body is in particular different from the at least one powder used to produce the product layers with at least one pharmaceutical active ingredient. For example, the powder used to produce the product base body can be a ceramic powder and/or a metal powder, in particular a titanium powder. The additive manufacturing of the product base body also allows the base body to be adapted in a particularly targeted manner to the respective application, in particular to the respective patient. Product base bodies and further product layers can be manufactured in sequential manufacturing processes. This makes it possible to combine materials that make simultaneous processing difficult, or in particular impossible, due to very different properties, in particular thermal properties.

Bevorzugt wird der Produkt-Grundkörper mittels elektrofotografischen Pulverauftrags und/oder selektiven Lasersinterns gefertigt. Besonders bevorzugt wird der Produkt-Grundkörper mittels des oben beschriebenen Verfahrens gefertigt, wobei das mindestens eine Pulver keinen pharmazeutischen Wirkstoff enthalten muss. Zur Fertigung des Produkt-Grundkörpers können insbesondere einer oder mehrere der vorteilhaften Aspekte des Verfahrens genutzt werden. Der Produkt-Grundkörper kann beispielsweise mit der unten noch näher beschriebenen Vorrichtung gefertigt werden. Im Anschluss an die Fertigung des Produkt-Grundkörpers können eine oder mehrere weitere Schichten aus mindestens einem Pulver aufgetragen werden, insbesondere mittels des gleichen Verfahrens und/oder in der gleichen Fertigungsvorrichtung. Hierzu kann beispielsweise eine Temperatur des Bauraumes und/oder ein Energieeintrag von zur Verfestigung der aufgetragenen Pulverteile verwendeter Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, geändert, insbesondere reduziert, werden.The product base body is preferably manufactured by means of electrophotographic powder application and/or selective laser sintering. The product base body is particularly preferably manufactured by means of the method described above, wherein the at least one powder does not have to contain a pharmaceutical active ingredient. In particular, one or more of the advantageous aspects of the method can be used to manufacture the product base body. The product base body can be manufactured, for example, using the device described in more detail below. Following the manufacture of the product base body, one or more further layers of at least one powder can be applied, in particular using the same method and/or in the same manufacturing device. For this purpose, for example, a temperature of the construction space and/or an energy input of radiation used to solidify the applied powder parts, in particular laser radiation, can be changed, in particular reduced.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens werden die aufgetragenen Pulveranteile selektiv aufgeschmolzen, insbesondere mittels selektiven Laserschmelzens. Das selektive Aufschmelzen der aufgetragenen Pulveranteile ermöglicht eine besonders präzise additive Fertigung des medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts. Die aufgetragenen Pulveranteile werden zuverlässig miteinander verbunden. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung von dreidimensionalen medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkten.According to a preferred aspect of the method, the applied powder components are selectively melted, in particular by means of selective laser melting. The selective melting of the applied powder components enables particularly precise additive manufacturing of the medical and/or pharmaceutical product. The applied powder components are reliably connected to one another. This enables the simple manufacture of three-dimensional medical and/or pharmaceutical products.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens werden verschiedene zur Erzeugung der mindestens einen Produkt-Schicht, insbesondere zur Erzeugung mehrerer Produkt-Schichten, aufzutragende Pulveranteile mit unterschiedlicher Polarität elektrostatisch aufgeladen. Es wurde erkannt, dass durch die Aufladung verschiedener Pulveranteile mit unterschiedlicher Polarität eine Ladungsakkumulation in den erzeugten Produkt-Schichten verringert wird. Dies verbessert den Pulverauftrag weiterer Pulveranteile. Vorteilhafterweise ist eine elektrostatische Abstoßung unterschiedlicher Pulveranteile sowie der Pulverpartikel untereinander vermindert. Die Anzahl der aufeinander erzeugbaren Produkt-Schichten ist nicht aufgrund einer sukzessive anwachsenden Ladungsakkumulation begrenzt. Insbesondere wird der Pulverauftrag durch die elektrostatische Anziehung von mit unterschiedlicher Polarität aufgeladenen Pulveranteilen unterstützt. Weitere Pulveranteile können zudem mit höherer Genauigkeit und höherer Packungsdichte aufgetragen werden. Hierdurch sind Dichte und Porosität des gefertigten Produkts gezielt einstellbar. Die Gestaltungsfreiheit bei der Fertigung des Produkts ist insgesamt erhöht. Das Produkt ist insbesondere mit hoher Dichte und geringer Porosität fertigbar. Hierdurch sind Produkte mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erzielbar.According to a preferred aspect of the method, different powder components with different polarity to be applied to produce the at least one product layer, in particular to produce several product layers, are electrostatically charged. It has been recognized that by charging different powder components with different polarity, charge accumulation in the product layers produced is reduced. This improves the powder application of further powder components. Advantageously, electrostatic repulsion between different powder components and between the powder particles is reduced. The number of product layers that can be produced on top of one another is not limited by a successively increasing charge accumulation. In particular, the powder application is supported by the electrostatic attraction of powder components charged with different polarity. Further powder components can also be applied with greater precision and higher packing density. This allows the density and porosity of the manufactured product to be specifically adjusted. The overall design freedom when manufacturing the product is increased. The product can be manufactured with a high density and low porosity. This makes it possible to achieve products with improved mechanical properties.

Bevorzugt werden die zur Erzeugung verschiedener Produkt-Schichten verwendeten Pulveranteile mit unterschiedlicher Polarität elektrostatisch aufgeladen. Dies führt zu einer zusätzlichen Anziehungskraft zwischen den nacheinander aufgetragenen Pulveranteilen und Produkt-Schichten. Die erzeugten Produkt-Schichten werden zusätzlich stabilisiert.Preferably, the powder components used to create different product layers are electrostatically charged with different polarities. This leads to an additional force of attraction between the powder components and product layers applied one after the other. The product layers created are additionally stabilized.

Besonders bevorzugt werden die zur Erzeugung aufeinanderfolgender Produkt-Schichten aufzutragenden Pulveranteile mit alternierender Polarität elektrostatisch aufgeladen. Die alternierende elektrostatische Aufladung der Pulveranteile von aufeinanderfolgenden Produkt-Schichten führt zu einem besonders vorteilhaften Auftragsverhalten. Durch die wechselseitige elektrostatische Anziehung der Schichten ist der Pulverauftrag begünstigt. Die erzeugten Produkt-Schichten sind besonders stabil. Ladungsakkumulationen sind effektiv vermieden.It is particularly preferred to electrostatically charge the powder components to be applied to produce successive product layers with alternating polarity. The alternating electrostatic charging of the powder components of successive product layers leads to a particularly advantageous application behavior. The mutual electrostatic attraction of the layers promotes powder application. The product layers produced are particularly stable. Charge accumulations are effectively avoided.

Es ist auch möglich, mehrere Produktschichten zu erzeugen, bevor die Polarität der aufzutragenden Pulveranteile geändert wird. Es hat sich herausgestellt, dass eine Akkumulation der Ladung im Produkt auch durch eine Erhöhung einer Ablegespannung kompensiert werden kann. Die Erhöhung der Ablegespannung ist insbesondere möglich, bis die Durchschlagsfestigkeit bereits erzeugter Produktschichten und eines Mediums, insbesondere von Luft, im Spalt zwischen oberster Produktschicht (Auftragsfläche) und Auftragseinheit erreicht wird. Bei einem beispielhaften Luftspalt mit Spaltmaß 1 mm liegt die maximale Spannungsdifferenz beispielsweise etwa bei ±3000 V.It is also possible to produce several product layers before the polarity of the powder components to be applied is changed. It has been found that an accumulation of charge in the product can also be compensated by increasing the deposition voltage. Increasing the deposition voltage is particularly possible until the dielectric strength of the product layers already produced and of a medium, in particular air, in the gap between the top product layer (application surface) and the application unit is reached. For an example air gap with a gap size of 1 mm, the maximum voltage difference is approximately ±3000 V.

Werden mehrere Produktschichten mit Pulvern gleicher Polarität erzeugt, erhöht sich der Betrag des Oberflächenpotentials der Auftragsfläche. Die Erfinder haben erkannt, dass bis zu einem Grenz-Oberflächenpotential der Auftragsfläche gute Ablegeergebnisse mit unveränderter Polarität des aufzutragenden Pulveranteils erzielt werden können. Überschreitet der Betrag des Oberflächenpotentials der Auftragsfläche das Grenz-Oberflächenpotential kann die Polarität des nächsten aufzutragenden Pulveranteils geändert werden. Ein geeignetes Grenz-Oberflächenpotential liegt beispielsweise bei etwa 1000 V. Hierdurch kann die Zahl der Produktschichten, die sukzessive mit gleicher Polarität aufgetragen werden erhöht werden, beispielsweise auf 2 bis 5 Produktschichten.If several product layers are produced with powders of the same polarity, the amount of the surface potential of the application surface increases. The inventors have recognized that good deposition results can be achieved with an unchanged polarity of the powder portion to be applied up to a limit surface potential of the application surface. If the amount of the surface potential of the application surface exceeds the limit surface potential, the polarity of the next powder portion to be applied can be changed. A suitable limit surface potential is, for example, around 1000 V. This means that the number of product layers that are successively applied with the same polarity can be increased, for example to 2 to 5 product layers.

Bevorzugt wird ein Oberflächenpotential der Auftragsfläche gemessen, um die Polarität des als nächstes aufzutragenden Pulveranteils zu bestimmen. Durch die Messung kann zuverlässig die Polarität des nächsten aufzutragenden Pulveranteils bestimmt werden. Beispielsweise kann der nächste Pulveranteil mit unterschiedlicher Polarität aufgeladen werden. Es ist auch möglich, einen Betrag des gemessenen Oberflächenpotentials mit einem Grenz-Oberflächenpotential zu vergleichen. Bei einem Überschreiten des Grenz-Oberflächenpotentials kann eine Änderung der Polarität der aufzutragenden Pulveranteile erfolgen. Es ist auch möglich, die Polarität des aufzutragenden Pulveranteils zu ändern, wenn anderenfalls ein Überschreiten des Grenz-Oberflächenpotentials droht.Preferably, a surface potential of the application surface is measured in order to determine the polarity of the next powder portion to be applied. The measurement can be used to reliably determine the polarity of the next powder portion to be applied. For example, the next powder portion can be charged with a different polarity. It is also possible to compare an amount of the measured surface potential with a limit surface potential. If the limit surface potential is exceeded, the polarity of the powder portions to be applied can change. It is also possible to change the polarity of the powder portion to be applied if there is a risk of the limit surface potential being exceeded otherwise.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt das Aufnehmen und/oder Übertragen des elektrostatisch aufgeladenen Pulveranteils mittels der Auftragseinheit berührungslos. Durch den berührungslosen Auftragsprozess wird eine Verschmutzung und/oder Beschädigung der Auftragseinheit, insbesondere deren Fotoleiterschicht, zuverlässig vermieden. Insbesondere ist das Risiko eines Anhaftens von im Bauraum aufgeschmolzenen Pulveranteilen an der Auftragseinheit verringert. Der berührungslose Übertrag, insbesondere das berührungslose Ablegen, des Pulveranteils auf der Auftragsfläche ist durch die erfindungsgemäß verminderte Ladungsakkumulation begünstigt. Dies gilt insbesondere bei Aufladung der zur Erzeugung aufeinanderfolgender Produkt-Schichten aufzutragenden Pulveranteile mit alternierender Polarität, da deren Anziehung den Übertrag auf die Auftragsfläche unterstützt.According to a preferred aspect of the method, the electrostatically charged powder component is picked up and/or transferred using the application unit without contact. The contactless application process reliably prevents contamination and/or damage to the application unit, in particular its photoconductor layer. In particular, the risk of powder components melted in the construction space adhering to the application unit is reduced. The contactless transfer, in particular the contactless deposit, of the powder component on the application surface is promoted by the reduced charge accumulation according to the invention. This applies in particular when charging the powder components to be applied to produce successive product layers with alternating polarity, since their attraction supports the transfer to the application surface.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird der Pulveranteil an der Auftragseinheit temperiert. Das Temperieren, insbesondere ein Vorheizen, des Pulveranteils ermöglicht insbesondere eine Anpassung der Temperatur des Pulveranteils an die Temperatur im Bauraum. Thermische Schocks sind vermieden. Dies vermindert nachteilige Effekte, beispielsweise thermischen Spannungen in dem zu fertigenden Produkt. Insbesondere bei der Verarbeitung von Polymerpulvern sind eine vorzeitige partielle Kristallisation des Pulvers innerhalb des zu fertigen Produkts und ein dadurch ausgelöster Produktverzug, das sogenannte Curling, vermieden.According to a preferred aspect of the method, the powder portion is tempered at the application unit. Tempering, in particular preheating, the powder portion enables the temperature of the powder portion to be adjusted to the temperature in the construction space. Thermal shocks are avoided. This reduces adverse effects, such as thermal stresses in the product to be manufactured. In particular, when processing polymer powders, premature partial crystallization of the powder within the finished product and the resulting product distortion, known as curling, are avoided.

Das Temperieren, insbesondere ein Vorheizen, des Pulveranteils an der Auftragseinheit kann insbesondere mittels einer Temperiereinheit der Auftragseinheit erfolgen. Die Temperiereinheit der Auftragseinheit ermöglicht ein Vorheizen des Pulvers während des Transfers in den Bauraum unabhängig von weiteren Komponenten der Fertigungsvorrichtung. Geeignete Temperiereinheiten können beispielsweise Fluidkanäle für ein Wärmeübertragungsfluid, insbesondere ein Wärmeübertragungsöl, aufweisen. Die Fluidkanäle sind beispielsweise in einem Grundkörper der Auftragseinheit ausgebildet und verlaufen bevorzugt mäandrierend. Die Fluidkanäle sind besonders bevorzugt derart angeordnet, dass diese ein gleichmäßiges Erwärmen der Auftragseinheit, insbesondere einer fotoleitenden Schicht der Auftragseinheit, ermöglichen. Die Temperiereinheit weist bevorzugt ein Temperiergerät zum Aufwärmen des Wärmeübertragungsfluids auf eine gewünschte Temperatur und/oder eine Pumpe zum Umpumpen des Wärmeübertragungsfluids in den Fluidkanälen auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Temperiereinheit Heizdrähte und/oder Peltier-Elemente aufweisen.The tempering, in particular preheating, of the powder portion at the application unit can be carried out in particular by means of a tempering unit of the application unit. The tempering unit of the application unit enables the powder to be preheated during transfer into the construction space independently of other components of the production device. Suitable tempering units can be used for for example, have fluid channels for a heat transfer fluid, in particular a heat transfer oil. The fluid channels are formed, for example, in a base body of the application unit and preferably run in a meandering manner. The fluid channels are particularly preferably arranged in such a way that they enable uniform heating of the application unit, in particular a photoconductive layer of the application unit. The temperature control unit preferably has a temperature control device for heating the heat transfer fluid to a desired temperature and/or a pump for pumping the heat transfer fluid in the fluid channels. Additionally or alternatively, the temperature control unit can have heating wires and/or Peltier elements.

Das Temperieren, insbesondere ein Vorheizen, des aufzutragenden Pulveranteils an der Auftragseinheit hat zudem den Vorteil, dass ein Abkühlen der obersten Produktschicht im Bauraum vermindert, insbesondere vermieden, ist. Zudem sind Effekte, die sich beim Pulverauftrag durch eine kurzzeitige Abschattung von Heizeinrichtungen des Bauraums, beispielsweise Infrarotstrahlern, ergeben können, vermindert.The tempering, in particular preheating, of the powder portion to be applied at the application unit also has the advantage that cooling of the top product layer in the build space is reduced, or in particular avoided. In addition, effects that can arise during powder application due to brief shading by heating devices in the build space, for example infrared radiators, are reduced.

Das Temperieren, insbesondere ein Vorheizen, des aufzutragenden Pulveranteils an der Auftragseinheit hat weiterhin den Vorteil, dass jeweils nur der aufzutragende Pulveranteil temperiert wird. Im Vergleich zu rakel- oder rollerbasierten Beschichtersystemen kann daher auf ein langwieriges, teils mehrere Stunden dauerndes, Aufheizen der Anlage verzichtet werden. Insbesondere muss kein Aufheizen sämtlichen bereitgestellten Pulvers, beispielsweise in einem Pulverbett, erfolgen. Dies erhöht die Effizienz des Prozesses. Einflüsse des Temperierens, insbesondere eines Aufheizen, auf den mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff sind vermindert, insbesondere vermieden.The tempering, in particular preheating, of the powder portion to be applied on the application unit also has the advantage that only the powder portion to be applied is tempered. In comparison to doctor blade or roller-based coating systems, there is no need for lengthy heating up of the system, which can sometimes take several hours. In particular, there is no need to heat up all of the powder provided, for example in a powder bed. This increases the efficiency of the process. The effects of tempering, in particular heating up, on the at least one pharmaceutical active ingredient are reduced, in particular avoided.

Das Temperieren des Pulveranteils an der Auftragsfläche, insbesondere mittels einer Temperiereinheit der Auftragseinheit, kann vorteilhafterweise auch zum aktiven Kühlen des Pulveranteils verwendet werden. Hierdurch kann die Erhitzung des Pulveranteils, insbesondere ein Hitzeübertrag auf ein im Pulverreservoir und/oder in einer Auftragseinheit befindliches Pulver, minimiert werden. Der mindestens eine pharmazeutische Wirkstoff wird so wenig Hitze wie möglich ausgesetzt. Negative Einflüsse der Erwärmung auf den mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff, insbesondere eine Degradierung desselben, sind besonders zuverlässig vermieden.The tempering of the powder portion on the application surface, in particular by means of a tempering unit of the application unit, can advantageously also be used for active cooling of the powder portion. This allows the heating of the powder portion, in particular heat transfer to a powder in the powder reservoir and/or in an application unit, to be minimized. The at least one pharmaceutical active ingredient is exposed to as little heat as possible. Negative effects of the heating on the at least one pharmaceutical active ingredient, in particular degradation of the same, are particularly reliably avoided.

Erfolgt mittels des Temperierens ein Vorheizen des Pulveranteils, kann eine Aufheiztemperatur, auf die die Auftragseinheit zum Vorheizen des Pulveranteils aufgeheizt wird, bevorzugt abhängig von der Menge und der Materialzusammensetzung des aufzutragenden Pulvers gewählt werden. Insbesondere für (Träger-)Polymere, beispielsweise teilkristalline Polymer, aufweisende Pulver hat sich eine Aufheiztemperatur als praktikabel erwiesen, die 1 °C bis 5 °C oberhalb einer Temperatur T liegt, auf die der Pulveranteil vorgeheizt werden soll. Im Bauraum kann ein weiteres Aufheizen des Pulveranteils, beispielsweise mittels Heizstrahlung und/oder Lasern, erfolgen.If the powder portion is preheated by means of tempering, a heating temperature to which the application unit is heated to preheat the powder portion can preferably be selected depending on the amount and material composition of the powder to be applied. In particular for powders containing (carrier) polymers, for example semi-crystalline polymers, a heating temperature that is 1 °C to 5 °C above a temperature T to which the powder portion is to be preheated has proven to be practical. The powder portion can be further heated in the build space, for example by means of heat radiation and/or lasers.

Beispielsweise wird der Pulveranteil an der Auftragseinheit auf eine Temperatur T vorgeheizt, für die gilt:

  • TS - ΔT < T < TS, wobei TS eine Schmelztemperatur, insbesondere die Onset-Schmelztemperatur, des Pulveranteils ist und ΔT 30 °C, insbesondere 15 °C, insbesondere 10 °C, insbesondere 5 °C, beträgt. Der Pulveranteil wird an der Auftragseinheit auf eine Temperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur TS aufgeheizt. Als Schmelztemperatur TS des Pulveranteils wird hier und im Folgenden die niedrigste Temperatur verstanden, bei der zumindest ein Bestandteil des Pulveranteils, beispielsweise ein Trägerpolymer, zu schmelzen beginnt. Durch das Vorheizen unterhalb der Schmelztemperatur ist gewährleistet, dass der Pulveranteil und dessen Bestandteile nicht an der Auftragseinheit aufschmelzen. Eine Verschmutzung und/oder Beschädigung der Auftragseinheiten durch Schmelzrückstände ist vermieden. Das Vorheizen auf knapp unterhalb der Schmelztemperatur ermöglicht zudem eine weitgehende Anpassung der Pulvertemperatur an die im Bauraum herrschenden Temperaturen. Nachteilige thermische Effekte sind zuverlässig vermieden.
For example, the powder portion of the application unit is preheated to a temperature T for which:
  • TS - ΔT < T < TS, where TS is a melting temperature, in particular the onset melting temperature, of the powder portion and ΔT is 30 °C, in particular 15 °C, in particular 10 °C, in particular 5 °C. The powder portion is heated at the application unit to a temperature just below the melting temperature TS. The melting temperature TS of the powder portion is understood here and below to be the lowest temperature at which at least one component of the powder portion, for example a carrier polymer, begins to melt. Preheating below the melting temperature ensures that the powder portion and its components do not melt at the application unit. Contamination and/or damage to the application units due to melt residues is avoided. Preheating to just below the melting temperature also enables the powder temperature to be largely adapted to the temperatures prevailing in the construction space. Adverse thermal effects are reliably avoided.

Die Schmelztemperatur TS kann insbesondere eine Onset-Schmelztemperatur des Pulveranteils sein. Hierdurch ist ein Aufschmelzen des Pulveranteils an der Auftragseinheit zuverlässig vermieden. Die Onset-Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der beim Erwärmen des Pulvermaterials ein Aufschmelzen des Pulvermaterials einsetzt. Die Onset-Schmelztemperatur kann insbesondere mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (Engl.: differential scanning calorimetry, kurz DSC) bestimmt werden.The melting temperature TS can in particular be an onset melting temperature of the powder portion. This reliably prevents the powder portion from melting at the application unit. The onset melting temperature is the temperature at which the powder material begins to melt when it is heated. The onset melting temperature can in particular be determined using differential scanning calorimetry (DSC for short).

Bevorzugt wird der Pulveranteil an der Auftragseinheit auf eine Temperatur T vorgeheizt, für die gilt:

  • TR - δT < T, wobei TR eine Rekristallisationstemperatur, insbesondere die Onset-Rekristallisationstemperatur, des Pulveranteils ist und δT 20 °C, insbesondere 15 °C, insbesondere 10 °C, insbesondere 5 °C, insbesondere 0 °C, beträgt. Dies hat insbesondere für (teil-)kristalline Pulvermaterialien, insbesondere teilkristalline (Träger-)Polymere, den Vorteil, dass eine Rekristallisation des Pulveranteils und damit ein Verzug des Baumaterials während des Auftragsprozesses vermieden sind. Bevorzugt erfolgt das Vorheizen auf eine Temperatur T oberhalb der der Rekristallisationstemperatur TR, insbesondere der Onset-Rekristallisationstemperatur (δT = 0 °C). Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch ein Vorheizen auf Temperaturen T geringfügig unterhalb der Rekristallisationstemperatur, insbesondere der Onset-Rekristallisationstemperatur (δT > 0 °C), eine Rekristallisation ausreichend zuverlässig verhindern.
Preferably, the powder portion at the application unit is preheated to a temperature T for which:
  • TR - δT < T, where TR is a recrystallization temperature, in particular the onset recrystallization temperature, of the powder portion and δT is 20 °C, in particular 15 °C, in particular 10 °C, in particular 5 °C, in particular 0 °C. This has the advantage, particularly for (partially) crystalline powder materials, in particular partially crystalline (carrier) polymers, that recrystallization of the powder portion and thus distortion of the building material are avoided during the application process. Preheating is preferably carried out to a temperature T above the recrystallization temperature TR, in particular the onset recrystallization temperature (δT = 0 °C). However, it has been shown that preheating to temperatures T slightly below the recrystallization temperature, in particular the onset recrystallization temperature (δT > 0 °C), can also prevent recrystallization sufficiently reliably.

Die Rekristallisationstemperatur TR ist bevorzugt die Onset-Rekristallisationstemperatur. Dadurch ist eine Rekristallisation des Pulvermaterials besonders zuverlässig vermieden. Die Onset-Rekristallisationstemperatur ist die Temperatur, bei der beim Abkühlen des Pulvermaterials eine Rekristallisation des Pulvermaterials und/oder eines aufgeschmolzenen Bestandteils hiervon, beispielsweise eines Trägerpolymers, einsetzt. Die Onset-Rekristallisationstemperatur kann insbesondere mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (Engl.: differential scanning calorimetry, kurz DSC) bestimmt werden.The recrystallization temperature TR is preferably the onset recrystallization temperature. This ensures that recrystallization of the powder material is particularly reliably avoided. The onset recrystallization temperature is the temperature at which recrystallization of the powder material and/or a melted component thereof, for example a carrier polymer, begins when the powder material cools. The onset recrystallization temperature can be determined in particular by means of differential scanning calorimetry (DSC for short).

Bevorzugt wird der Pulveranteil an der Auftragseinheit auf eine Temperatur T vorgeheizt, für die gilt: TR - δT < T < TS, wobei δT 20 °C, insbesondere 15 °C, insbesondere 10 °C, insbesondere 5 °C, bevorzugt 0 °C, beträgt. Der Temperaturbereich zwischen der Rekristallisationstemperatur TR, insbesondere der Onset-Rekristallisationstemperatur, und der Schmelztemperatur TS, insbesondere der Onset-Schmelztemperatur, wird auch als quasi-isothermes Prozessfenster bezeichnet. Dieser Temperaturbereich hat sich als besonders vorteilhaft für die Verarbeitung (teil-)kristalliner Materialien, insbesondere teilkristalliner Polymere, erwiesen. Negative Auswirkungen der Rekristallisation, beispielsweise ein Produktverzug, und ein Aufschmelzen des Pulveranteils an der Auftragseinheit sind zuverlässig vermieden.Preferably, the powder portion at the application unit is preheated to a temperature T for which the following applies: TR - δT < T < TS, where δT is 20 °C, in particular 15 °C, in particular 10 °C, in particular 5 °C, preferably 0 °C. The temperature range between the recrystallization temperature TR, in particular the onset recrystallization temperature, and the melting temperature TS, in particular the onset melting temperature, is also referred to as the quasi-isothermal process window. This temperature range has proven to be particularly advantageous for the processing of (partially) crystalline materials, in particular partially crystalline polymers. Negative effects of recrystallization, for example product distortion, and melting of the powder portion at the application unit are reliably avoided.

Das quasi-isotherme Prozessfenster ist stark werkstoffabhängig. Zusätzlich kann das quasi-isotherme Prozessfenster aufgrund unterschiedlicher Additivierungen, beispielsweise mit Fließhilfsmitteln und/oder optischen Streupartikeln, und/oder Ausgangsmaterialien Abweichungen aufweisen. Dies kann beispielsweise zu herstellerabhängigen Abweichungen des quasi-isothermen Prozessfensters führen. Bevorzugt kann das quasi-isotherme Prozessfenster durch eine Kalibriermessung, insbesondere mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (Engl.: differential scanning calorimetry, kurz DSC), vorab bestimmt werden. An der Auftragseinheit kann ein Vorheizen der Pulver auf eine Temperatur T innerhalb des bestimmten Prozessfensters erfolgen, zumindest sofern die Pulver ohne hitzeempfindlichen pharmazeutischen Wirkstoff aufgetragen werden. Für die oben genannten beispielhaften biokompatiblen und/oder pharmazeutischen Polymere liegt ein besonders geeignetes Prozessfenster zwischen etwa 120 °C und etwa 160 °C.The quasi-isothermal process window is highly dependent on the material. In addition, the quasi-isothermal process window can show deviations due to different additives, for example with flow aids and/or optical scattering particles, and/or starting materials. This can, for example, lead to manufacturer-dependent deviations in the quasi-isothermal process window. The quasi-isothermal process window can preferably be determined in advance by a calibration measurement, in particular by means of differential scanning calorimetry (DSC for short). The powders can be preheated to a temperature T within the specific process window at the application unit, at least if the powders are applied without a heat-sensitive pharmaceutical active ingredient. For the above-mentioned exemplary biocompatible and/or pharmaceutical polymers, a particularly suitable process window is between about 120 °C and about 160 °C.

Vorzugsweise wird die Auftragsfläche, insbesondere ein gesamter Bauraum, auf eine Temperatur T2 vorgeheizt wird, für die gilt: TR < T2, insbesondere TR < T2 < TS. Bevorzugt wird der Bauraum während des Auftragens aller Pulveranteile auf einer Temperatur T2 gehalten, die innerhalb des quasi-isothermen Prozessfensters liegt. Die Temperatur T2 entspricht bevorzugt im Wesentlichen der Temperatur T, auf welche der Pulveranteil an der Auftragseinheit vorgeheizt wird. Ein Temperaturschock während des Pulverauftrags ist vermieden. Insbesondere kann ein Abkühlprozess des zu fertigenden Produkts gezielt gesteuert werden. Bevorzugt erfolgt ein Abkühlen unterhalb der Rekristallisationstemperatur TR, insbesondere unterhalb der Onset-Rekristallisationstemperatur, erst nach dem Auftragen aller Produktschichten. Hierdurch ist eine vorzeitige Rekristallisation vermieden. Der Abkühlprozess kann kontrolliert erfolgen. Besonders vorteilhafterweise ermöglicht dies, die Kristallisation des Baumaterials und damit die Kristallinität, insbesondere die Größe entstehender Kristalle (sog. Sphärolithe) des zu fertigenden Produkts gezielt zu beeinflussen. Dies erlaubt eine besonders präzise und gezielte Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des zu fertigenden Produkts.Preferably, the application surface, in particular an entire construction space, is preheated to a temperature T2 for which the following applies: TR < T2, in particular TR < T2 < TS. Preferably, the construction space is kept at a temperature T2 during the application of all powder components that lies within the quasi-isothermal process window. The temperature T2 preferably corresponds essentially to the temperature T to which the powder component is preheated on the application unit. A temperature shock during the powder application is avoided. In particular, a cooling process of the product to be manufactured can be controlled in a targeted manner. Preferably, cooling below the recrystallization temperature TR, in particular below the onset recrystallization temperature, only takes place after all product layers have been applied. This avoids premature recrystallization. The cooling process can be controlled. Particularly advantageously, this makes it possible to specifically influence the crystallization of the construction material and thus the crystallinity, in particular the size of resulting crystals (so-called spherulites) of the product to be manufactured. This allows a particularly precise and targeted influence on the mechanical properties of the product to be manufactured.

Bevorzugt wird die Auftragseinheit zum Übertragen des Pulveranteils auf die Auftragsfläche mechanisch angeregt, insbesondere in Schwingung versetzt. Die mechanische Anregung ermöglicht eine besonders effektive und zielgerichtete Übertragung des Pulveranteils auf die Auftragsfläche. Durch die mechanische Anregung wird die Massenträgheit der an der Auftragseinheit anhaftenden Pulverpartikel überwunden. Die mechanische Anregung vergrößert die Abstände einzelner Pulverpartikel zueinander, was sowohl die interpartikulären Anziehungskräfte infolge der van-der-Waals-Wechselwirkungen als auch die elektrostatischen Anziehungskräfte vermindert. Die mechanische Anregung kann durch eine starke Beschleunigung der Auftragseinheit, insbesondere mittels des Positioniersystems, erfolgen. Als besonders geeignet hat sich die mechanische Anregung mithilfe eines Aktors, insbesondere eines Piezoaktors, erwiesen. Mithilfe eines Piezoaktors können besonders effiziente Anregungsmuster, insbesondere Schwingungen, erzeugt werden. Beispielsweise kann der Piezoaktor mit einer periodischen Spannung zur Erzeugung einer Schwingung beaufschlagt werden. Geeignet sind beispielsweise Sinus-, Rechteck- und/oder Dreiecksspannungen sowie Kombinationen hiervon. Die Anregungsfrequenz kann beispielsweise zwischen 100 Hz und 20 kHz betragen. Besonders geeignet sind Anregungsfrequenzen in den Frequenzbereichen 100 Hz bis 500 Hz, 1 kHz bis 2 kHz und/oder 10 kHz bis 18 kHz. Die Spitze-zu-Spitze-Spannung der Anregung kann beispielsweise zwischen 300 und 500 Volt betragen. Als besonders vorteilhaft hat sich die Anregung mittels einer Pulsfolge aus einem starken Vor-Puls und unregelmäßigen Folge-Pulsen mit kleinerer Amplitude erwiesen. Der Vor-Puls kann beispielsweise eine Spitze-zu-Spitze-Spannung von etwa 1.000 Volt aufweisen. Zur mechanischen Anregung, insbesondere zur Schwingungsanregung, können mehrere entsprechende Pulsfolgen aus starkem Vor-Puls und schwächeren Folge-Pulsen verwendet werden.Preferably, the application unit is mechanically excited, in particular set in vibration, to transfer the powder portion to the application surface. The mechanical excitation enables a particularly effective and targeted transfer of the powder portion to the application surface. The mechanical excitation overcomes the mass inertia of the powder particles adhering to the application unit. The mechanical excitation increases the distances between individual powder particles, which reduces both the interparticle attraction forces due to the van der Waals interactions and the electrostatic attraction forces. The mechanical excitation can be carried out by strongly accelerating the application unit, in particular by means of the positioning system. Mechanical excitation using an actuator, in particular a piezo actuator, has proven to be particularly suitable. With the help of a piezo actuator, particularly efficient excitation patterns, in particular vibrations, can be generated. For example, the piezo actuator can be subjected to a periodic voltage to generate a vibration. Suitable examples are Sine, square and/or triangular voltages and combinations thereof. The excitation frequency can be between 100 Hz and 20 kHz, for example. Excitation frequencies in the frequency ranges 100 Hz to 500 Hz, 1 kHz to 2 kHz and/or 10 kHz to 18 kHz are particularly suitable. The peak-to-peak voltage of the excitation can be between 300 and 500 volts, for example. Excitation using a pulse sequence consisting of a strong pre-pulse and irregular follow-up pulses with a smaller amplitude has proven to be particularly advantageous. The pre-pulse can have a peak-to-peak voltage of around 1,000 volts, for example. For mechanical excitation, in particular for vibration excitation, several corresponding pulse sequences consisting of a strong pre-pulse and weaker follow-up pulses can be used.

Als besonders geeignet haben sich periodische Anregungsmuster, insbesondere sinusoidale Anregungsmuster, mit einer Anregungsfrequenz im Bereich einer der Eigenfrequenzen der Auftragseinheit erwiesen. Bevorzugt entspricht die Anregungsfrequenz im Wesentlichen einer der Eigenfrequenzen der Auftragseinheit. Hierdurch können besonders große Beschleunigungen der Auftragseinheit erzielt werden, was die Überwindung der Van-der-Waals-Kräfte begünstigt.Periodic excitation patterns, in particular sinusoidal excitation patterns, with an excitation frequency in the range of one of the natural frequencies of the application unit have proven to be particularly suitable. The excitation frequency preferably corresponds essentially to one of the natural frequencies of the application unit. This allows particularly large accelerations of the application unit to be achieved, which facilitates overcoming the Van der Waals forces.

Bevorzugt erfolgt die Anregung derart, dass die Auftragseinheit im Wesentlichen in Ablegerichtung beschleunigt wird. Die Beschleunigung in Ablegerichtung unterstützt die Ablage der Pulverpartikel. Im Gegensatz dazu kann eine Beschleunigung senkrecht zur Ablegerichtung zu einem seitlichen Versatz einzelner der abgelegten Pulverpartikel führen (sogenannte Fehldrucke, englisch: false prints). Starke Anregungsamplituden, insbesondere mit einer Eigenfrequenz der Auftragseinheit erfolgende periodische Anregungen, können zu starken Beschleunigungen in Ablegerichtung und/oder senkrecht hierzu führen. Hierdurch kann die Pulverübertragung erhöht werden bei gleichzeitiger Erhöhung der Fehldruckrate.Preferably, the excitation is carried out in such a way that the application unit is accelerated essentially in the deposition direction. The acceleration in the deposition direction supports the deposition of the powder particles. In contrast, an acceleration perpendicular to the deposition direction can lead to a lateral offset of individual powder particles (so-called false prints). Strong excitation amplitudes, in particular periodic excitations with a natural frequency of the application unit, can lead to strong accelerations in the deposition direction and/or perpendicular to it. This can increase the powder transfer while simultaneously increasing the misprint rate.

Besonders bevorzugt wird die mechanische Anregung, insbesondere eine periodische Anregung mit einer der Eigenfrequenzen der Auftragseinheit, mit einem elektrischen Transferfeld, insbesondere mit einer Ablegespannung, kombiniert. Es hat sich gezeigt, dass die Kombination aus mechanischer Anregung und elektrischem Transferfeld die Pulverablage besonders begünstigt. Zudem verringert das elektrische Transferfeld eine Fehldruckrate. Die Kombination aus mechanischer Anregung und elektrischem Transferfeld gewährleistet eine Pulverablage mit hoher Abdeckung der Ablagefläche bei gleichzeitig geringer Fehldruckrate. Beispielsweise erfolgen mechanische Anregung und Einschalten des elektrischen Transferfeldes im Wesentlichen zeitgleich.The mechanical excitation, in particular a periodic excitation with one of the natural frequencies of the application unit, is particularly preferably combined with an electrical transfer field, in particular with a deposition voltage. It has been shown that the combination of mechanical excitation and electrical transfer field particularly promotes powder deposition. In addition, the electrical transfer field reduces the misprint rate. The combination of mechanical excitation and electrical transfer field ensures powder deposition with high coverage of the deposition area and at the same time a low misprint rate. For example, mechanical excitation and switching on of the electrical transfer field occur essentially at the same time.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zum Übertragen des Pulveranteils auf die Auftragsfläche ein elektrisches Transferfeld zwischen der Auftragseinheit und einer Übertragungsstruktur erzeugt. Das elektrische Transferfeld gewährleistet eine besonders zielgerichtete und positionsgenaue Übertragung, insbesondere Ablage, des Pulveranteils auf der Auftragsfläche. Das elektrische Transferfeld wird bevorzugt zwischen einem leitenden Grundkörper der Auftragseinheit und einer geerdeten Übertragungsstruktur erzeugt. Hierzu kann die Auftragseinheit, insbesondere deren Grundkörper, mit einer Ablegespannung beaufschlagt werden.According to a preferred aspect of the method, an electrical transfer field is generated between the application unit and a transfer structure to transfer the powder portion to the application surface. The electrical transfer field ensures a particularly targeted and positionally accurate transfer, in particular deposition, of the powder portion on the application surface. The electrical transfer field is preferably generated between a conductive base body of the application unit and a grounded transfer structure. For this purpose, the application unit, in particular its base body, can be subjected to a deposition voltage.

Die Übertragungsstruktur ist bevorzugt geerdet. Die Übertragungsstruktur kann in Richtung einer Oberflächennormalen der Auftragsfläche zwischen der Auftragsfläche und der Auftragseinheit angeordnet sein. Bevorzugt kann die Übertragungsstruktur in Richtung der Oberflächennormalen der Auftragsfläche verlagerbar sein, um das elektrische Transferfeld unabhängig von einer Höhe der bereits erzeugten Produkt-Schichten präzise einzustellen.The transfer structure is preferably grounded. The transfer structure can be arranged in the direction of a surface normal of the application surface between the application surface and the application unit. The transfer structure can preferably be displaceable in the direction of the surface normal of the application surface in order to precisely adjust the electric transfer field independently of the height of the product layers already produced.

Bevorzugt weist die Übertragungsstruktur einen Übertragungsrahmen aus leitfähigem Material auf. Der Übertragungsrahmen kann beispielsweise aus rahmenförmig angeordneten Leitern, insbesondere Kupferstäben, ausgebildet sein. Bevorzugt weist der Übertragungsrahmen in Richtung senkrecht zu der Oberflächennormalen der Auftragsfläche eine größere Ausdehnung auf als die Auftragseinheit. Der Auftragsrahmen weist bevorzugt in einer Ebene senkrecht zu der Oberflächennormalen der Auftragsfläche eine Ausdehnung auf, die die Ausdehnung der Auftragseinheit übersteigt, beispielsweise um 1 mm übersteigt. In Richtung senkrecht zu der Oberflächennormalen der Auftragsfläche ist der Übertragungsrahmen bevorzugt umfangseitig um die Auftragseinheit angeordnet. Die Übertragungsrahmen behindern den Übertrag des Pulveranteils nicht. Eine laterale Ablenkung des Pulvers bei der Ablage ist minimiert.The transfer structure preferably has a transfer frame made of conductive material. The transfer frame can be formed, for example, from conductors arranged in a frame shape, in particular copper rods. The transfer frame preferably has a larger extension in the direction perpendicular to the surface normal of the application surface than the application unit. The application frame preferably has an extension in a plane perpendicular to the surface normal of the application surface that exceeds the extension of the application unit, for example by 1 mm. In the direction perpendicular to the surface normal of the application surface, the transfer frame is preferably arranged circumferentially around the application unit. The transfer frames do not hinder the transfer of the powder portion. Lateral deflection of the powder during deposition is minimized.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird die Auftragseinheit mechanisch angeregt, nachdem das elektrische Transferfeld vollständig aufgebaut ist. Die mechanische Anregung erfolgt erst dann, wenn das elektrische Transferfeld vollständig aufgebaut ist. Bevorzugt erfolgt die mechanische Anregung unmittelbar, nachdem das Transferfeld vollständig aufgebaut ist. Insbesondere wird zunächst die Spannungsversorgung, insbesondere die Hochspannungsversorgung, für das elektrische Transferfeld aktiviert. Nach vollständigem Aufbau des elektrischen Transferfeldes wird dann die mechanische Anregung, insbesondere mindestens ein Piezoaktor, aktiviert. Hierdurch ist eine besonders präzise Pulverablage in Ablegerichtung gewährleistet. Beispielsweise können gängige Hochspannungsversorgungen geeignete Ablegespannungen (beispielsweise zwischen ± 500 V und ± 3000 V) innerhalb von etwa 0,1 s bis etwa 30 s aufbauen. Die mechanische Anregung sollte dann erst nach Ablauf der jeweiligen zum Aufbau des Transferfeldes erforderlichen Zeit erfolgen.According to a preferred aspect of the method, the application unit is mechanically excited after the electrical transfer field has been completely built up. The mechanical excitation only takes place when the electrical transfer field has been completely built up. Preferably, the mechanical excitation takes place immediately after the transfer field has been completely built up. In particular, the voltage supply, in particular the high voltage supply, for the electrical transfer field is activated first. After the electrical transfer field has been completely built up, the mechanical excitation, in particular at least one piezo actuator, is activated. This ensures particularly precise powder deposition in the deposition direction. For example, common high-voltage supplies can build up suitable deposition voltages (for example between ± 500 V and ± 3000 V) within about 0.1 s to about 30 s. The mechanical excitation should then only take place after the time required to build up the transfer field has elapsed.

Bevorzugt ist das mindestens eine Pulver triboelektrisch aufladbar. Die triboelektrische Pulveraufladung ist insbesondere bei schlecht fließfähigen Pulvern vorteilhaft. Zudem erlaubt die triboelektrische Pulveraufladung eine einfache und gezielte Einstellung der Schichtdicke der aufzutragenden Pulveranteile.Preferably, the at least one powder can be triboelectrically charged. Triboelectric powder charging is particularly advantageous for powders that are difficult to flow. In addition, triboelectric powder charging allows simple and targeted adjustment of the layer thickness of the powder components to be applied.

Wie die Erfinder herausgefunden haben, besteht ein besonderer Vorteil der triboelektrischen Aufladung in der homogenen, insbesondere vollständigen, Aufladung der Pulverpartikel aufgrund der Ladungstrennung. Anders als bei der Gasentladung, mittels welcher nur sehr dünne Pulverschichten aufladbar sind, können bei der triboelektrischen Aufladung größere Pulverschichten aufgeladen werden. Hierdurch kann eine Schichtdicke des mittels der Auftragseinheit aufgenommenen Pulveranteils erhöht werden. Dies ermöglicht die Ablage von Produktschichten mit größerer Schichtdicke und damit eine schnellere Fertigung. Beispielsweise können mittels der triboelektrischen Aufladung Schichtdicken des aufzutragenden Pulveranteils erzeugt werden, die zwischen etwa 1 bis etwa 5 mittleren Partikeldurchmessern der Pulverpartikel des Pulveranteils entsprechen. Je nach Partikeldurchmesser können beispielsweise Schichtdicken zwischen etwa 60 µm und etwa 300 µm erzeugt werden. Die Gasentladung erlaubt Schichtdicken von etwa 1 bis etwa 2 mittleren Partikeldurchmessern, also beispielsweise zwischen etwa 60 µm und etwa 120 µm.As the inventors have discovered, a particular advantage of triboelectric charging is the homogeneous, in particular complete, charging of the powder particles due to charge separation. Unlike gas discharge, by means of which only very thin powder layers can be charged, triboelectric charging can charge larger powder layers. This can increase the layer thickness of the powder portion picked up by the application unit. This enables product layers with a greater layer thickness to be deposited and thus faster production. For example, triboelectric charging can be used to produce layer thicknesses of the powder portion to be applied that correspond to between about 1 and about 5 average particle diameters of the powder particles of the powder portion. Depending on the particle diameter, layer thicknesses between about 60 µm and about 300 µm can be produced, for example. Gas discharge allows layer thicknesses of about 1 to about 2 average particle diameters, for example between about 60 µm and about 120 µm.

Beispielsweise weist der mit der Auftragseinheit aufgenommene Pulveranteil senkrecht zur Auftragseinheit eine Schichtdicke auf, die größer ist als das Zweifache des mittleren Partikeldurchmessers der Pulverpartikel des Pulveranteils. Dies ermöglicht eine schnelle und effiziente Fertigung. Bevorzug liegt die Schichtdicke zwischen 2 und 5 mittleren Partikeldurchmessern. Die Aufladung des Pulveranteils kann hierzu insbesondere triboelektrisch erfolgen. Besonders bevorzugt werden mit unterschiedlicher Polarität triboelektrisch aufladbare Pulver bereitgestellt, um Produktschichten mit hoher Schichtdicke und unterschiedlicher Polarität auftragen und erzeugen zu können. Es ist auch möglich die Schichtdicke verschiedener Produktschichten, insbesondere verschiedener aufzutragender Pulveranteile unterschiedlich zu wählen. So kann beispielsweise in Bereichen mit feinen zu erzeugenden Produktstrukturen eine geringere Schichtdicke gewählt werden als in anderen Bereichen.For example, the powder portion picked up by the application unit has a layer thickness perpendicular to the application unit that is greater than twice the average particle diameter of the powder particles of the powder portion. This enables fast and efficient production. The layer thickness is preferably between 2 and 5 average particle diameters. The powder portion can be charged in particular triboelectrically. Particularly preferably, triboelectrically chargeable powders with different polarities are provided in order to be able to apply and produce product layers with a high layer thickness and different polarities. It is also possible to choose different layer thicknesses for different product layers, in particular different powder portions to be applied. For example, a smaller layer thickness can be selected in areas with fine product structures to be produced than in other areas.

Werden mindestens zwei unterschiedliche Pulver bereitgestellt, können diese insbesondere mit unterschiedlichen Polaritäten triboelektrisch aufladbar sind. Die Verwendung derartiger Pulver erlaubt auf einfache Weise die Aufladung der Pulveranteile mit unterschiedlicher Polaritäten unter Verwendung des triboelektrischen Effekts. Beispielsweise kann eine zur Aufladung der Pulver dienende Pulver-Aufladeeinheit ein Magnetbürstensystem aufweisen. Hierdurch sind die jeweiligen Pulver mit unterschiedlicher Polarität elektrostatisch aufladbar. Zur Auftragung von mit unterschiedlicher Polarität aufgeladenen Pulveranteile kann auf verschiedene der bereitgestellten Pulver zurückgegriffen werden. Die mindestens zwei Pulver können beispielsweise unterschiedliche Ladungssteuerungsstoffe aufweisen, die bei ansonsten gleichen Pulvereigenschaften zu unterschiedlichen Polaritäten bei der elektrostatischen Aufladung führen. Auf diese Weise ist eine Aufladung mit unterschiedlichen Polaritäten und ansonsten unveränderten Pulvereigenschaften möglich.If at least two different powders are provided, they can be triboelectrically charged, in particular with different polarities. The use of such powders makes it easy to charge the powder components with different polarities using the triboelectric effect. For example, a powder charging unit used to charge the powders can have a magnetic brush system. This allows the respective powders to be electrostatically charged with different polarities. Various of the powders provided can be used to apply powder components charged with different polarities. The at least two powders can, for example, have different charge control substances which lead to different polarities in the electrostatic charging when the powder properties are otherwise the same. In this way, charging with different polarities and otherwise unchanged powder properties is possible.

Im Folgenden werden besonders geeignete Pulver für die triboelektrische Aufladung sowie deren Herstellung beschrieben. Die Herstellung der Pulver sowie die entsprechende Pulverformulierung sind ein eigenständiger Aspekt der Erfindung, der insbesondere unabhängig von der Aufladung verschiedener Pulveranteile mit unterschiedlichen Polaritäten ist. Die Pulverformulierung weißt Polymerpartikel und Ladungssteuerungsstoffe auf. Geeignete Ladungssteuerungsstoffe sind insbesondere funktionalisierte Silikapartikel. Insbesondere sind die Polymerpartikel mit den Ladungssteuerungsstoffen, insbesondere den funktionalisierten Silikapartikeln, beschichtet. Bevorzugt besteht die Pulverformulierung aus mit funktionalisierten Silikapartikeln beschichteten Polymerpartikeln.Particularly suitable powders for triboelectric charging and their production are described below. The production of the powders and the corresponding powder formulation are an independent aspect of the invention, which is in particular independent of the charging of different powder components with different polarities. The powder formulation comprises polymer particles and charge control substances. Suitable charge control substances are in particular functionalized silica particles. In particular, the polymer particles are coated with the charge control substances, in particular the functionalized silica particles. The powder formulation preferably consists of polymer particles coated with functionalized silica particles.

Zur Herstellung einer bevorzugten Pulverformulierung werden Polymerpartikel mit Silikapartikeln beschichtet, insbesondere trockenbeschichtet. Hierzu können beliebige für die Trockenbeschichtung geeignete Mischer eingesetzt werden, beispielsweise Schüttelmischer, insbesondere 3D-Schüttelmischer, Horizontal- und/oder Vertikalmischer, insbesondere mit unterschiedlichen Rührwerksgeometrien, Trommelmischer, Kubusmischer und/oder Zylindermischer. Dies gewährleistet eine hohe Flexibilität bei der Herstellung der Pulverformulierung. Zusätzlich können Mischhelfer, beispielsweise in Kugelform, verwendet werden. Die Mischhelfer können beispielsweise aus Glas und/oder Zirkonoxid bestehen, insbesondere Glaskugeln sein. Geeignete Glaskugeln können einen mittleren Durchmesser von 1,5 mm und ein mittleres Gewicht von 180 g haben. Mischhelfer begünstigen eine Desagglomeration der Silikapartikel und können nach dem Mischprozess durch Siebung einfach abgetrennt werden.To produce a preferred powder formulation, polymer particles are coated with silica particles, in particular dry-coated. Any mixer suitable for dry coating can be used for this purpose, for example shaker mixers, in particular 3D shaker mixers, horizontal and/or vertical mixers, in particular with different agitator geometries, drum mixers, cube mixers and/or cylinder mixers. This ensures a high degree of flexibility in the production of the powder formulation. In addition, mixing aids, for example in spherical form, can be used. The mixing aids can consist of glass and/or zirconium oxide, in particular glass beads. Suitable glass beads can have a medium Diameter of 1.5 mm and an average weight of 180 g. Mixing aids promote deagglomeration of the silica particles and can be easily separated by sieving after the mixing process.

Die Polymerpartikel können aus beliebigen Polymeren bestehen. Die Pulverformulierung kann insbesondere kommerziell erhältliche Pulver umfassen, die mit den funktionalisierten Silikapartikeln beschichtet sind. Die Pulverformulierung und deren Herstellung eigenen sich in vorteilhafterweise zur Funktionalisierung beliebiger Polymerpulver für die triboelektrische Aufladung bei der additiven Fertigung, insbesondere für biokompatible und/oder pharmazeutischer Polymere. Die Polymerpulver können insbesondere auch aus Mischungen, Blends und/oder Composite derartiger Polymere bestehen.The polymer particles can consist of any polymer. The powder formulation can in particular comprise commercially available powders coated with the functionalized silica particles. The powder formulation and its production are advantageously suitable for functionalizing any polymer powder for triboelectric charging in additive manufacturing, in particular for biocompatible and/or pharmaceutical polymers. The polymer powders can in particular also consist of mixtures, blends and/or composites of such polymers.

Die Polymerpartikel weisen bevorzugt eine Partikelgrößenverteilung im Bereich von 1 µm bis 200 µm auf.The polymer particles preferably have a particle size distribution in the range of 1 µm to 200 µm.

Die funktionalisierten Silikapartikel weißen bevorzugt eine mittlere Partikelgröße zwischen 10 nm und 60 nm auf. Die funktionalisierten Silikapartikel dienen als Ladungssteuerungsstoff. Sie fungieren als Elektronenakzeptoren oder Elektronendonatoren und sorgen so als Teil der Pulverformulierung für eine gezielte Verschiebung des Ladungsspektrums. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die funktionalisierten Silikapartikel als Fließhilfsmittel wirken, was die Materialzufuhr für den Pulverauftrag verbessert.The functionalized silica particles preferably have an average particle size of between 10 nm and 60 nm. The functionalized silica particles serve as a charge control agent. They act as electron acceptors or electron donors and, as part of the powder formulation, ensure a targeted shift in the charge spectrum. Another advantage is that the functionalized silica particles act as flow aids, which improves the material supply for powder application.

Zur Herstellung einer Pulverformulierung für die triboelektrische Aufladung mit negativer Polarität eignen sich insbesondere funktionalisierte Silikapartikel in Form von Hexamethyldisilazan (HMDS), Polydimethylsiloxan (PDMS) oder eine Mischung hieraus. Für die Herstellung einer Pulverformulierung für die triboelektrische Aufladung mit positiver Polarität haben sich insbesondere funktionalisierte Silikapartikel in Form von PDMS, Stickstoffverbindungungen -NR2 und -NR3 und/oder Mischungen hieraus als geeignet erwiesen. Geeignete funktionalisierte Silikapartikel sind kommerziell erhältlich, beispielsweise unter dem Handelsnamen „HDK“ der Wacker Chemie AG. Für die negative Aufladung kann beispielsweise HDK H05TX eingesetzt werden. Für die positive Aufladung kann beispielsweise HDK H05TA eingesetzt werden.Functionalized silica particles in the form of hexamethyldisilazane (HMDS), polydimethylsiloxane (PDMS) or a mixture thereof are particularly suitable for producing a powder formulation for triboelectric charging with negative polarity. Functionalized silica particles in the form of PDMS, nitrogen compounds -NR 2 and -NR 3 and/or mixtures thereof have proven particularly suitable for producing a powder formulation for triboelectric charging with positive polarity. Suitable functionalized silica particles are commercially available, for example under the trade name "HDK" from Wacker Chemie AG. HDK H05TX, for example, can be used for negative charging. HDK H05TA, for example, can be used for positive charging.

Der Anteil der Ladungssteuerungsstoffe, insbesondere der funktionalisierten Silikapartikel, in der Pulverformulierung liegt insbesondere im Bereich zwischen 0,05 Gew.-% und 1 Gew.-% bezogen auf die Masse des Polymers. Für einen derartigen Anteil der Ladungssteuerungsstoffe resultiert eine besonders geeignete Verschiebung des Ladungsspektrums.The proportion of charge control substances, in particular functionalized silica particles, in the powder formulation is in particular in the range between 0.05 wt.% and 1 wt.% based on the mass of the polymer. Such a proportion of charge control substances results in a particularly suitable shift in the charge spectrum.

Die oben beschriebene Funktionalisierung der Polymerpulver eignet sich insbesondere für biokompatible und/oder pharmazeutische Polymere, insbesondere für die oben genannten beispielhaften biokompatiblen und/oder pharmazeutischen Polymere.The functionalization of the polymer powders described above is particularly suitable for biocompatible and/or pharmaceutical polymers, in particular for the exemplary biocompatible and/or pharmaceutical polymers mentioned above.

Im Folgenden wird eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung beschrieben. Die Vorrichtung weist mindestens ein Pulverreservoir zur Bevorratung mindestens eines Pulvers, mindestens eine Pulver-Aufladeeinheit zur elektrostatischen Aufladung von Pulveranteilen des mindestens einen Pulvers und mindestens eine zumindest bereichsweise elektrostatisch aufladbare Auftragseinheit zum Aufnehmen und zum Übertragen von elektrostatisch aufgeladenen Pulveranteilen auf eine Auftragsfläche auf.A device particularly suitable for carrying out the method is described below. The device has at least one powder reservoir for storing at least one powder, at least one powder charging unit for electrostatically charging powder components of the at least one powder and at least one application unit that can be electrostatically charged at least in some areas for receiving and transferring electrostatically charged powder components to an application surface.

Die mindestens eine Pulver-Aufladeeinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, verschiedene Pulveranteile des mindestens einen Pulvers zur Erzeugung von einer oder mehreren Produkt-Schichten mit unterschiedlicher Polarität elektrostatisch aufzuladen. Die Vorrichtung ermöglicht ein verbessertes additives Fertigungsverfahren insbesondere mithilfe des elektrofotografischen Pulverauftrags. Nachteilige Ladungsakkumulationen in dem zu fertigenden Produkt sind vermieden. Die Vorrichtung weist insbesondere die in Bezug auf das Fertigungsverfahren beschriebenen Merkmale und Vorteile auf.The at least one powder charging unit is preferably designed to electrostatically charge different powder components of the at least one powder to produce one or more product layers with different polarity. The device enables an improved additive manufacturing process, in particular with the aid of electrophotographic powder application. Disadvantageous charge accumulations in the product to be manufactured are avoided. The device has in particular the features and advantages described in relation to the manufacturing process.

Die Funktionsweise der mindestens einen Pulver-Aufladeeinheit basiert insbesondere auf dem physikalischen Effekt der Gasentladung. Die mindestens eine Pulver-Aufladeeinheit weist beispielsweise einen Coronadraht oder ein Scorotron auf. Die mindestens eine Pulver-Aufladeeinheit kann zur Erzeugung unterschiedlicher Polaritäten eine umpolbare Spannungsquelle aufweisen.The functionality of the at least one powder charging unit is based in particular on the physical effect of the gas discharge. The at least one powder charging unit has, for example, a corona wire or a scorotron. The at least one powder charging unit can have a reversible voltage source to generate different polarities.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die mindestens eine Pulver-Aufladeeinheit den triboelektrischen Effekt nutzen. Beispielsweise kann die mindestens eine Pulver-Aufladeeinheit ein Magnetbürstensystem umfassen.Alternatively or additionally, the at least one powder charging unit can use the triboelectric effect. For example, the at least one powder charging unit can comprise a magnetic brush system.

Die Vorrichtung weist bevorzugt eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Fertigungsverfahrens anzusteuern. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die Vorrichtung zur additiven Fertigung des Produkts derart anzusteuern, dass eine oder mehrere Produkt-Schichten des zu fertigenden Produkts erzeugt werden, wobei zur Erzeugung einer Produkt-Schicht mindestens ein Pulveranteil des mindestens einen Pulvers aufgetragen wird, wobei der Pulveranteil mittels der mindestens einen Pulver-Aufladeeinheit elektrostatisch aufgeladen wird, die mindestens eine Auftragseinheit zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladen wird und der elektrostatisch aufgeladene Pulveranteil mittels der mindestens einen zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladenen Auftragseinheit aufgenommen und auf die Auftragsfläche übertragen wird, wobei verschiedene zur Erzeugung der Produkt-Schichten aufzutragende Pulveranteile mit unterschiedlicher Polarität elektrostatisch aufgeladen werden. Die Steuereinheit erlaubt eine vollautomatische Durchführung des Fertigungsverfahrens mithilfe der Vorrichtung. Die Steuereinheit kann weiter dazu ausgebildet sein, die oben beschriebenen vorteilhaften Verfahrensschritte durchzuführen.The device preferably has a control unit which is designed to control the device for carrying out the manufacturing method described above. In particular, the control unit is designed to control the device for additive manufacturing of the product in such a way that one or more product layers of the product to be manufactured are produced, wherein at least one powder portion of the at least one powder is applied to produce a product layer. wherein the powder portion is electrostatically charged by means of the at least one powder charging unit, the at least one application unit is electrostatically charged at least in some areas, and the electrostatically charged powder portion is picked up by means of the at least one application unit that is electrostatically charged at least in some areas and transferred to the application surface, wherein different powder portions with different polarity to be applied to produce the product layers are electrostatically charged. The control unit allows the manufacturing process to be carried out fully automatically using the device. The control unit can also be designed to carry out the advantageous method steps described above.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Vorrichtung weist die mindestens eine Auftragseinheit eine Temperiereinheit zum Temperieren von Pulveranteilen an der Auftragseinheit auf. Beispielsweise sind durch ein Vorheizen nachteilige thermische Effekte, insbesondere thermische Spannungen in dem zu erzeugenden Produkten, vermindert, insbesondere vermieden. Zudem können hitzeempfindliche Pulver an der Auftragseinheit gekühlt werden.According to a preferred aspect of the device, the at least one application unit has a tempering unit for tempering powder components on the application unit. For example, by preheating, disadvantageous thermal effects, in particular thermal stresses in the products to be produced, are reduced, in particular avoided. In addition, heat-sensitive powders can be cooled on the application unit.

Beispielsweise weist die Temperiereinheit Fluidkanäle für ein Wärmeübertragungsfluid auf, die in einem Grundkörper der Auftragseinheit ausgebildet sind. Die Fluidkanäle verlaufen insbesondere mäanderförmig in den Grundkörper. Die Fluidkanäle sind besonders bevorzugt derart angeordnet, dass ein gleichmäßiges Temperieren von Pulveranteilen über eine gesamte Fläche der Auftragseinheit, insbesondere eine gesamte fotoleitende Schicht der Auftragseinheit, gewährleistet ist.For example, the tempering unit has fluid channels for a heat transfer fluid, which are formed in a base body of the application unit. The fluid channels run in particular in a meandering manner in the base body. The fluid channels are particularly preferably arranged in such a way that uniform tempering of powder components over an entire surface of the application unit, in particular an entire photoconductive layer of the application unit, is ensured.

Die Temperiereinheit weist bevorzugt ein Temperiergerät zum Temperieren des Wärmeübertragungsfluids und/oder eine Pumpe zum Umpumpen des Wärmeübertragungsfluids auf. Die Verwendung von Fluidkanälen für ein Wärmeübertragungsfluid hat den Vorteil, dass ein Vorwärmen des Pulvers und bei Bedarf auch eine Kühlung der Auftragseinheit und/oder des Pulvers zum Schutz vor der im Bauraum herrschenden Temperatur möglich ist. Thermische Beschädigungen der Auftragseinheit, insbesondere deren fotoleitenden Schicht, sind vermieden.The temperature control unit preferably has a temperature control device for controlling the temperature of the heat transfer fluid and/or a pump for pumping the heat transfer fluid. The use of fluid channels for a heat transfer fluid has the advantage that it is possible to preheat the powder and, if necessary, also to cool the application unit and/or the powder to protect against the temperature prevailing in the construction space. Thermal damage to the application unit, in particular to its photoconductive layer, is avoided.

Alternativ oder zusätzlich kann die Temperiereinheit auch Heizdrähte und/oder ein oder mehrere Peltierelemente aufweisen.Alternatively or additionally, the temperature control unit can also have heating wires and/or one or more Peltier elements.

Bevorzugt weist die Auftragseinheit einen leitfähigen Grundkörper auf, der an eine umpolbare Auftragseinheit-Spannungsquelle angeschlossen ist. Der leitfähige Grundkörper der Auftragseinheit ist mittels der umpolbaren Auftragseinheit-Spannungsquelle mit einer an die Polarität der elektrostatischen Aufladung des Pulveranteils angepasste Aufnahmespannung, Haltespannung und/oder Ablegespannung beaufschlagbar. Dies unterstützt die Aufnahme und Übertragung des Pulveranteils mittels der Auftragseinheit.The application unit preferably has a conductive base body that is connected to a reversible application unit voltage source. The conductive base body of the application unit can be subjected to a pick-up voltage, holding voltage and/or deposit voltage that is adapted to the polarity of the electrostatic charge of the powder component by means of the reversible application unit voltage source. This supports the pick-up and transfer of the powder component by means of the application unit.

Vorzugsweise weist die Auftragseinheit einen Aktor auf zur Erzeugung einer mechanischen Anregung, insbesondere einer Schwingungsanregung, der Auftragseinheit. Die mechanische Anregung unterstütz die zielgenaue und präzise Übertragung der Pulveranteile auf die Auftragsfläche. Ein unerwünschtes Anhaften der Pulveranteile an der Auftragseinheit ist vermieden. Bevorzugt ist der Aktor als Piezoaktor ausgebildet. Mithilfe eines Piezoaktors lassen sich besonders geeignete Anregungsmuster, insbesondere Schwingungsanregungen einfach und gezielt erzeugen. Die mechanische Anregung kann an den zu übertragenden Pulveranteil, insbesondere an die Masse der Pulverpartikel und/oder deren elektrostatische Aufladung, flexibel angepasst werden.The application unit preferably has an actuator for generating a mechanical excitation, in particular a vibration excitation, of the application unit. The mechanical excitation supports the accurate and precise transfer of the powder components to the application surface. Undesirable adhesion of the powder components to the application unit is avoided. The actuator is preferably designed as a piezo actuator. With the help of a piezo actuator, particularly suitable excitation patterns, in particular vibration excitations, can be generated easily and specifically. The mechanical excitation can be flexibly adapted to the powder component to be transferred, in particular to the mass of the powder particles and/or their electrostatic charge.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Übertragungsstruktur zur Erzeugung eines elektrischen Transferfelds zwischen der Auftragseinheit und der Übertragungsstruktur auf. Das elektrische Transferfeld unterstützt die Übertragung, insbesondere die Ablage, des Pulveranteils auf der Auftragsfläche. Hierdurch ist insbesondere eine positionsgenaue Ablage des Pulveranteils gewährleistet. Das elektrische Transferfeld ist insbesondere zwischen einem leitfähigen Grundkörper der Auftragseinheit und der Übertragungsstruktur ausgebildet. Hierfür kann der Grundkörper der Auftragseinheit mit einer Ablegespannung beaufschlagt werden. Bevorzugt ist die Übertragungsstruktur geerdet. Die Übertragungsstruktur weist insbesondere einen Übertragungsrahmen auf. Die Übertragungsstruktur weist insbesondere die in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Merkmale und Vorteile auf.The device preferably has a transfer structure for generating an electrical transfer field between the application unit and the transfer structure. The electrical transfer field supports the transfer, in particular the deposition, of the powder portion on the application surface. This ensures in particular that the powder portion is deposited in a precise position. The electrical transfer field is formed in particular between a conductive base body of the application unit and the transfer structure. For this purpose, the base body of the application unit can be subjected to a deposition voltage. The transfer structure is preferably grounded. The transfer structure in particular has a transfer frame. The transfer structure in particular has the features and advantages described in relation to the method.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Pharmazeutikum zu verbessern.It is a further object of the invention to improve a pharmaceutical.

Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Pharmazeutikum mit den Anspruch 15 angegebenen Merkmalen. Das Pharmazeutikum ist mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt. Das Pharmazeutikum weist die in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile, insbesondere eine flexible und wirtschaftliche Herstellung, auf. Insbesondere können an den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere den jeweiligen Patienten, angepasste pharmazeutische Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkombinationen in dem Pharmazeutikum enthalten sein. Hierdurch ist vorzugsweise eine gezielte zeitliche Abgabe eines oder mehrerer Wirkstoffe, insbesondere eine retardierte Abgabe des Wirkstoffs, möglich. Das Pharmazeutikum kann insbesondere eine Tablette, ein Dragee und/oder ein Zäpfchen sein.This object is achieved by a pharmaceutical with the features specified in claim 15. The pharmaceutical is produced using the method described above. The pharmaceutical has the advantages described in relation to the method, in particular flexible and economical production. In particular, pharmaceutical active ingredients and/or combinations of active ingredients adapted to the respective application, in particular the respective patient, can be contained in the pharmaceutical. This preferably enables a targeted, timed release of one or more active ingredients, in particular a delayed release of the active ingredient. The pharmaceutical product may in particular be a tablet, a dragee and/or a suppository.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Pharmazeutikums weist dieses Produktbereiche, insbesondere Wirkstoffbereiche, mit unterschiedlichen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen. Die unterschiedlichen Produktbereiche können einfach durch die Verwendung unterschiedlicher Pulver beim elektrofotografischen Pulverauftrag erzeugt werden. Die Kombination der pharmazeutischen Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkombinationen ist flexibel einstellbar. Beispielsweise können unterschiedliche Produktbereiche unterschiedliche Wirkstoffe aufweisen, um eine zeitlich unterschiedliche Abgabe der jeweiligen Wirkstoffe zu ermöglichen. Es ist auch möglich, in einzelnen Produktbereichen verschiedene Wirkstoffe, beispielsweise durch den Auftrag unterschiedlicher Pulver in diesen Produktbereichen zu kombinieren. Beispielsweise kann durch die Kombination unterschiedlicher Trägerpolymere und/oder pharmazeutischer Wirkstoffe eine neue Wirkstoffkombination erzeugt werden. Hierdurch können insbesondere gezielt Wirkstoffkombinationen für den jeweiligen Anwendungsfall geschaffen werden.According to a preferred aspect of the pharmaceutical, it has product areas, in particular active ingredient areas, with different active ingredients and/or active ingredient concentrations. The different product areas can be created simply by using different powders during electrophotographic powder application. The combination of the pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient combinations can be flexibly adjusted. For example, different product areas can have different active ingredients in order to enable the respective active ingredients to be released at different times. It is also possible to combine different active ingredients in individual product areas, for example by applying different powders to these product areas. For example, a new active ingredient combination can be created by combining different carrier polymers and/or pharmaceutical active ingredients. This makes it possible to create targeted active ingredient combinations for the respective application.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Pharmazeutikums ist einer der Produktbereiche in einem anderen Produktbereich eingebettet, insbesondere vollständig hierin gekapselt. Beispielsweise kann ein Wirkstoff vollständig in dem anderen Produktbereich eingekapselt sein. Der eingebettete, insbesondere eingekapselte, Wirkstoff wird erst nach Auflösung des umgebenden Bereichs freigegeben. Dadurch lässt sich eine gezielte Verzögerung der Freigabe des Wirkstoffs einfach und effizient einstellen, beispielsweise durch das Material und/oder die Dicke der Einkapselung.According to a preferred aspect of the pharmaceutical, one of the product areas is embedded in another product area, in particular completely encapsulated therein. For example, an active ingredient can be completely encapsulated in the other product area. The embedded, in particular encapsulated, active ingredient is only released after the surrounding area has dissolved. This allows a targeted delay in the release of the active ingredient to be set simply and efficiently, for example through the material and/or the thickness of the encapsulation.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Pharmazeutikums ist zwischen verschiedenen Produktbereichen ein Übergangsbereich mit gradiertem Übergang zwischen den unterschiedlichen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen ausgebildet. Hierdurch kann eine sukzessive Änderung der Medikation, insbesondere eine gezielte Änderung der Wirkstoffabgabe, bewirkt werden. Der Übergangsbereich, insbesondere ein gradueller Übergang der jeweiligen Wirkstoffanteile und/oder Wirkstoffkonzentrationen ist gezielt und präzise mit Hilfe der additiven Fertigung einstellbar.According to a preferred aspect of the pharmaceutical, a transition area with a graduated transition between the different active ingredients and/or active ingredient concentrations is formed between different product areas. This can bring about a gradual change in the medication, in particular a targeted change in the release of the active ingredient. The transition area, in particular a gradual transition of the respective active ingredient proportions and/or active ingredient concentrations, can be adjusted in a targeted and precise manner using additive manufacturing.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Medizinprodukt zu verbessern.It is a further object of the invention to improve a medical device.

Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Medizinprodukt mit den in Anspruch 19 angegebenen Merkmalen. Das Medizinprodukt ist mittels des oben beschriebenen Verfahrens gefertigt. Das Medizinprodukt weist die durch das Verfahren erzielbaren Vorteile, insbesondere eine individuell anpassbare Ausgestaltung und/oder flexible Werk- und/oder Wirkstoffkombination, auf.This object is achieved by a medical device with the features specified in claim 19. The medical device is manufactured using the method described above. The medical device has the advantages achievable by the method, in particular an individually adaptable design and/or flexible material and/or active ingredient combination.

Das Medizinprodukt kann insbesondere eine Prothese und/oder ein Implantat sein.The medical device can in particular be a prosthesis and/or an implant.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Medizinprodukts weist dieses einen Produkt-Grundkörper auf, auf dessen Oberfläche zumindest ein pharmazeutischen Wirkstoff enthaltender Produktbereich additiv gefertigt wurde. Der einen pharmazeutischen Wirkstoff enthaltende Produktbereich wird auch als Wirkstoffbereich oder pharmazeutisch aktiver Produktbereich bezeichnet. Der Grundkörper kann insbesondere aus Metall, insbesondere aus Titan und/oder Keramik gefertigt sein. Der Grundkörper kann beispielsweise die Grundform eines Implantats und/oder einer Prothese darstellen. Der Grundkörper kann selbst additiv, insbesondere mittels elektrofotografischem Pulverauftrag, gefertigt werden. Der Grundkörper kann jedoch auch mit anderen Verfahren, insbesondere nicht additiv, gefertigt werden. Durch die additive Fertigung des einen pharmazeutischen Wirkstoff enthaltenden Produktbereiche kann gezielt Wirkstoff appliziert werden. Insbesondere können unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen gefertigt werden.According to a preferred aspect of the medical device, it has a product base body, on the surface of which at least one product area containing a pharmaceutical active ingredient has been additively manufactured. The product area containing a pharmaceutical active ingredient is also referred to as an active ingredient area or pharmaceutically active product area. The base body can be made in particular from metal, in particular from titanium and/or ceramic. The base body can, for example, represent the basic shape of an implant and/or a prosthesis. The base body itself can be manufactured additively, in particular by means of electrophotographic powder application. However, the base body can also be manufactured using other methods, in particular non-additively. The additive manufacturing of the product area containing a pharmaceutical active ingredient allows active ingredients to be applied in a targeted manner. In particular, different areas with different active ingredients and/or active ingredient concentrations can be manufactured.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Medizinprodukts weist dieses unterschiedliche auf dem Grundkörper additiv gefertigte Produktbereiche auf, die unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkonzentrationen enthalten. Das Medizinprodukt, insbesondere die Prothese und/oder das Implantat ist optimal an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst. Die unterschiedlichen Bereiche können jeweils additiv, insbesondere mittels fotografischem Pulverauftrag, gefertigt werden.According to a preferred aspect of the medical device, it has different product areas additively manufactured on the base body, which contain different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations. The medical device, in particular the prosthesis and/or the implant, is optimally adapted to the respective application. The different areas can each be manufactured additively, in particular by means of photographic powder deposition.

Zwischen unterschiedlichen Produktbereichen des Medizinprodukts, insbesondere zwischen verschiedenen Wirkstoffbereichen und/oder zwischen einem Wirkstoffbereich und einem Produkt-Grundkörper, kann ein Übergangsbereich ausgebildet sein, in dem die jeweiligen Werkstoffe, Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkonzentrationen graduell ineinander übergehen.Between different product areas of the medical device, in particular between different active ingredient areas and/or between an active ingredient area and a product base body, a transition area can be formed in which the respective materials, active ingredients and/or active ingredient concentrations gradually merge into one another.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung eines medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Auftragseinheit der Vorrichtung gemäß 1,
  • 3 ein schematischer Verfahrensablauf für die additive Fertigung eines medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts, insbesondere unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 1,
  • 4 eine schematische Darstellung einer Aufladestation der Vorrichtung gemäß 1 bei der elektrostatischen Aufladung der Auftragseinheit,
  • 5 eine schematische Darstellung einer Belichtungsstation der Vorrichtung gemäß 1 bei der selektiven Belichtung der Auftragseinheit,
  • 6 eine schematische Darstellung einer Entwicklungsstation der Vorrichtung gemäß 1 bei der Aufladung eines Pulveranteils eines Pulvers für den elektrofotografischen Auftragsprozess,
  • 7 die Entwicklungsstation gemäß 6 bei Aufnahme des elektrostatisch aufgeladenen Pulveranteils durch die Auftragseinheit,
  • 8 eine schematische Darstellung einer Druckstation der Vorrichtung gemäß 1 bei der Übertragung eines Pulveranteils zur Erzeugung einer ersten Produkt-Schicht des zu fertigenden medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts,
  • 9 die Druckstation gemäß 8 nach der Ablage eines weiteren Pulveranteils zur Erzeugung einer weiteren Produkt-Schicht des zu fertigenden medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts,
  • 10 die Druckstation gemäß 8 nach der Ablage eines weiteren Pulveranteils eines unterschiedlichen Pulvers zur Fertigung einer weiteren Produkt-Schicht des zu fertigenden medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts,
  • 11 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Entwicklungsstation für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts,
  • 12 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines additiv gefertigten Medizinprodukts und
  • 13 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines additiv gefertigten Pharmazeutikums.
Further advantages and details of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. In these:
  • 1 a schematic representation of a device for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product,
  • 2 a schematic representation of an application unit of the device according to 1 ,
  • 3 a schematic process flow for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product, in particular using the device according to 1 ,
  • 4 a schematic representation of a charging station of the device according to 1 in the electrostatic charging of the application unit,
  • 5 a schematic representation of an exposure station of the device according to 1 in the selective exposure of the application unit,
  • 6 a schematic representation of a development station of the device according to 1 when charging a powder portion of a powder for the electrophotographic application process,
  • 7 the development station according to 6 when the electrostatically charged powder portion is absorbed by the application unit,
  • 8th a schematic representation of a printing station of the device according to 1 in the transfer of a powder portion to produce a first product layer of the medical and/or pharmaceutical product to be manufactured,
  • 9 the printing station according to 8th after depositing another portion of powder to produce another product layer of the medical and/or pharmaceutical product to be manufactured,
  • 10 the printing station according to 8th after depositing another powder portion of a different powder to produce another product layer of the medical and/or pharmaceutical product to be manufactured,
  • 11 a schematic representation of a further embodiment of a development station for a device for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product,
  • 12 a schematic representation of an embodiment of an additively manufactured medical device and
  • 13 a schematic representation of an embodiment of an additively manufactured pharmaceutical.

Anhand der 1 bis 10 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung eines medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts sowie eines additiven Fertigungsverfahrens 2 hierfür beschrieben.Based on 1 to 10 A first embodiment of a device 1 for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product and of an additive manufacturing method 2 therefor are described below.

1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 1, die zur additiven Fertigung mittels elektrofotografischen Pulverauftrags eingerichtet ist. Die Vorrichtung 1 weist eine Aufladestation 3, eine Belichtungsstation 4, eine Entwicklungsstation 5 und eine Druckstation 6 auf. Eine Auftragseinheit 7 der Vorrichtung 1 ist zwischen den Stationen der Vorrichtung 1 verlagerbar. Die Aufladestation 3 dient zur elektrostatischen Aufladung der Auftragseinheit 7. An der Belichtungsstation 4 wir die Auftragseinheit 7 selektiv belichtet und damit selektiv entladen. Die Belichtungsstation 4 dient zudem zum Löschen verbleibender elektrostatischer Ladungen an der Auftragseinheit 7 nach Übertragung eines Pulveranteils in die Druckstation 6. An der Entwicklungsstation 5 wird ein Pulveranteil elektrostatisch aufgeladen und mittels der Auftragseinheit 7 aufgenommen. Der aufgenommene Pulveranteil wird mittels der Auftragseinheit 7 an die Druckstation 6 transportiert und dort auf eine Auftragsfläche abgelegt. Die Druckstation 6 bildet einen Bauraum für das schichtweise zu fertigende Produkt aus. 1 shows a schematic representation of the device 1, which is set up for additive manufacturing by means of electrophotographic powder application. The device 1 has a charging station 3, an exposure station 4, a development station 5 and a printing station 6. An application unit 7 of the device 1 can be moved between the stations of the device 1. The charging station 3 is used to electrostatically charge the application unit 7. At the exposure station 4, the application unit 7 is selectively exposed and thus selectively discharged. The exposure station 4 is also used to erase remaining electrostatic charges on the application unit 7 after a portion of the powder has been transferred to the printing station 6. At the development station 5, a portion of the powder is electrostatically charged and picked up by the application unit 7. The picked up portion of the powder is transported to the printing station 6 by the application unit 7 and deposited there on an application surface. The printing station 6 forms a construction space for the product to be manufactured layer by layer.

Die Aufnahme des Pulveranteils durch die Auftragseinheit 7 in der Entwicklungsstation 5 und die Ablage des Pulveranteils in der Druckstation 6 erfolgen berührungslos.The powder portion is picked up by the application unit 7 in the development station 5 and deposited in the printing station 6 without contact.

Die Vorrichtung 1 eignet sich zur Multimaterialverarbeitung. Mithilfe der Vorrichtung 1 können unterschiedliche Materialien zu einem medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkt kombiniert werden. Die zur Fertigung des Produkts vorgesehenen Materialien werden in Form von Pulvern bereitgestellt. Hierzu weist die Vorrichtung 1 verschiedene Pulverreservoire auf. Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist zwei Pulverreservoire R1, R2 für zwei unterschiedliche Pulver P1, P2 auf. Die Pulver P1, P2 weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff auf. Die Pulver P1, P2 können selbst aus pulverförmigen pharmazeutischen Wirkstoff bestehen. Besonders geeignet sind Pulver aus einem Trägerpolymer und dem pharmazeutischen Wirkstoff. Der pharmazeutische Wirkstoff kann insbesondere einen Anteil zwischen 1 Gew.-% und 50 Gew.-% in dem Pulver P1, P2 haben. Bevorzugt weisen die beiden Pulver P1, P2 unterschiedliche Trägerpolymere und/oder unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkonzentrationen auf. Die Pulver P1, P2 können auch Mischungen aus einem pharmazeutischen Wirkstoffpulver und einem Polymer-, Metall- und/oder Keramikpulver sein. Es ist auch möglich, dass eines der Pulver P1, P2 keinen pharmazeutischen Wirkstoff aufweist. Polymer- und Keramikpulver sind für den elektrofotografischen Auftragsprozess direkt elektrostatisch aufladbar. Metallpulver werden beispielsweise mit einer dielektrischen Beschichtung versehen, um elektrostatisch aufladbar zu sein.The device 1 is suitable for multi-material processing. Using the device 1, different materials can be combined to form a medical and/or pharmaceutical product. The materials intended for manufacturing the product are provided in the form of powders. For this purpose, the device 1 has various powder reservoirs. The 1 The embodiment shown has two powder reservoirs R1, R2 for two different powders P1, P2. In the embodiment shown, the powders P1, P2 each have at least one pharmaceutical active ingredient. The powders P1, P2 can themselves consist of powdered pharmaceutical active ingredients. Powders made from a carrier polymer and the pharmaceutical active ingredient are particularly suitable. The pharmaceutical active ingredient can in particular have a proportion of between 1% by weight and 50% by weight in the powder P1, P2. The two powders P1, P2 preferably have different carrier polymers and/or different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations. The powders P1, P2 can also be mixtures of a pharmaceutical active ingredient powder and a polymer, metal and/or ceramic powder. It is also possible for one of the powders P1, P2 to have no pharmaceutical active ingredient. Polymer and ceramic powders can be directly electrostatically charged for the electrophotographic application process. For example, metal powders are provided with a dielectric coating to make them electrostatically chargeable.

Zur Verlagerung der Auftragseinheit 7 weist die Vorrichtung 1 ein Positioniersystem 8 auf. Das Positioniersystem 8 ermöglicht eine Verlagerung der Auftragseinheit 7 zwischen den Stationen der Vorrichtung 1. Die Verlagerung erfolgt translatorisch in x-Richtung. Mittels des Positioniersystems 8 ist die Auftragseinheit 7 zudem in vertikaler Richtung (z-Richtung) zustellbar. Hierdurch ist ein Abstand der Auftragseinheit 7 zu dem an der Entwicklungsstation 5 aufzunehmenden Pulveranteil und zu einer Auftragsfläche an der Druckstation 6 präzise einstellbar. Die Verfahrgeschwindigkeit in x-Richtung kann beispielsweise zwischen 0,2 m/s und 1,0 m/s betragen. Die Verfahrgeschwindigkeit in z-Richtung beträgt beispielsweise zwischen etwa 10 mm/s und etwa 20 mm/s.The device 1 has a positioning system 8 for moving the application unit 7. The positioning system 8 enables the application unit 7 to be moved between the stations of the device 1. The movement takes place translationally in the x direction. The positioning system 8 also enables the application unit 7 to be moved in the vertical direction (z direction). This allows the distance between the application unit 7 and the powder portion to be picked up at the development station 5 and an application surface at the printing station 6 to be precisely adjusted. The travel speed in the x direction can be between 0.2 m/s and 1.0 m/s, for example. The travel speed in the z direction is between about 10 mm/s and about 20 mm/s, for example.

An der Druckstation 6 werden die übertragen Pulveranteile verfestigt, insbesondere durch Aufschmelzen des Trägerpolymers. An der Druckstation 6 herrschen daher regelmäßig hohe Temperaturen. Die Auftragseinheit 7 ist mit dem Positioniersystem 8 über einen Tragarm 9 verbunden. Der Tragarm 9 gewährleistet eine ausreichende Beabstandung des Positioniersystems 8 von dem Bauraum und den darin herrschenden Temperaturen. Der Tragarm 9 kann beispielsweise eine Länge von etwa 50 cm haben. Zur weiteren thermischen Abschirmung des Positioniersystems 8 ist zudem eine thermische Trennvorrichtung 10 zwischen der Auftragseinheit 7 und dem Positioniersystem 8 angeordnet. Die thermische Trennvorrichtung 10 ist beispielsweise eine Rollenabdeckung aus aluminisiertem Kevlar. Die thermische Trennvorrichtung 10 weist beispielsweise eine Dicke von 0,8 mm und eine Breite von 90 mm auf.At the printing station 6, the transferred powder components are solidified, in particular by melting the carrier polymer. High temperatures therefore regularly prevail at the printing station 6. The application unit 7 is connected to the positioning system 8 via a support arm 9. The support arm 9 ensures that the positioning system 8 is sufficiently spaced from the construction space and the temperatures prevailing therein. The support arm 9 can, for example, have a length of around 50 cm. For further thermal shielding of the positioning system 8, a thermal separating device 10 is also arranged between the application unit 7 and the positioning system 8. The thermal separating device 10 is, for example, a roller cover made of aluminized Kevlar. The thermal separating device 10 has, for example, a thickness of 0.8 mm and a width of 90 mm.

Das Positioniersystem 8 weist eine Linearachse für die Verlagerung in x-Richtung sowie einen Präzisionshubtisch für die Verlagerung in z-Richtung auf. Alternativ sind auch andere Positioniersysteme, beispielsweise spindel-, riemen- und/oder kettengetriebene Positioniersysteme möglich.The positioning system 8 has a linear axis for displacement in the x-direction and a precision lifting table for displacement in the z-direction. Alternatively, other positioning systems are also possible, for example spindle-, belt- and/or chain-driven positioning systems.

Die Vorrichtung 1 weist eine Steuereinheit 11 auf. Die Steuereinheit 11 steuert die Vorrichtung 1 zur Durchführung der additiven Fertigung an. Beispielsweise sind auf der Steuereinheit 11 Konstruktionsdaten, insbesondere CAD-Daten, für das zu fertigende Produkt hinterlegt. Die Steuereinheit 11 steuert die Vorrichtung 1 an, um eine schichtweise Fertigung des Produkts entsprechend der Konstruktionsdaten durchzuführen.The device 1 has a control unit 11. The control unit 11 controls the device 1 to carry out additive manufacturing. For example, design data, in particular CAD data, for the product to be manufactured are stored on the control unit 11. The control unit 11 controls the device 1 to carry out layer-by-layer manufacturing of the product in accordance with the design data.

In 2 ist die Auftragseinheit 7 schematisch dargestellt. Die Auftragseinheit 7 weist einen Grundkörper 12 auf. Der Grundkörper 12 ist als Aluminiumplatte ausgeführt. Der Grundkörper 12 ist in der durch die x-Richtung und die y-Richtung gebildeten Ebene quadratisch. Er weist eine beispielhafte Seitenlänge von 100 mm auf. In z-Richtung weist der Grundkörper 12 eine Höhe von beispielsweise 5 mm auf.In 2 the application unit 7 is shown schematically. The application unit 7 has a base body 12. The base body 12 is designed as an aluminum plate. The base body 12 is square in the plane formed by the x-direction and the y-direction. It has an exemplary side length of 100 mm. In the z-direction, the base body 12 has a height of, for example, 5 mm.

Auf der Oberfläche des Grundkörpers 12, die zur Aufnahme des Pulveranteils dient, ist eine Fotoleiterschicht 13 aufgebracht. Die Fotoleiterschicht 13 ist aus Arsen(III)-Selenid (As2Se3). Sie weist eine beispielhafte Schichtdicke zwischen 80 µm und 120 µm auf. Die Fotoleiterschicht 13 ist dielektrisch, wird bei Anregung mit Licht aufgrund des fotoelektrischen Effekts aber im belichteten Bereich lokal leitend.A photoconductor layer 13 is applied to the surface of the base body 12, which serves to absorb the powder portion. The photoconductor layer 13 is made of arsenic(III) selenide (As 2 Se 3 ). It has an exemplary layer thickness of between 80 µm and 120 µm. The photoconductor layer 13 is dielectric, but when excited with light it becomes locally conductive in the exposed area due to the photoelectric effect.

Der Grundkörper 12 ist an eine Auftragseinheit-Spannungsquelle 14 angeschlossen. Mithilfe der Auftragseinheit-Spannungsquelle 14 ist der Grundkörper 12 der Auftragseinheit 7 mit einer Hochspannung beaufschlagbar. Die Spannungsbeaufschlagung erfolgt in Form einer Aufnahme-, Halte- und/oder Ablagespannung, wie dies im Folgenden noch beschrieben wird. Mithilfe der Schalter S 14a und S 14b ist die Spannungsversorgung umpolbar. Die Schalter S 14a, S 14b sind durch die Steuereinheit 11 ansteuerbar.The base body 12 is connected to an application unit voltage source 14. Using the application unit voltage source 14, the base body 12 of the application unit 7 can be subjected to a high voltage. The voltage is applied in the form of a pick-up, holding and/or deposit voltage, as will be described below. The voltage supply can be reversed using the switches S 14a and S 14b. The switches S 14a, S 14b can be controlled by the control unit 11.

Die Auftragseinheit 7 weist eine Temperiereinheit 15 auf. Die Temperiereinheit 15 dient zu einem Vorwärmen des an der Auftragseinheit 7 anhaftenden Pulveranteils vor Ablegen in der Druckstation 6. Durch das Vorwärmen des Pulveranteils erfolgt eine Anpassung der Temperatur des Pulvers an die im Bauraum der Druckstation 6 vorherrschenden Temperaturen. Hierdurch sind thermische Spannungen im zu erzeugenden Produkt verringert. Insbesondere bei der Verwendung von Trägerpolymeren wird der nachteilige Effekt des Curlings vermieden. Die Temperiereinheit 15 wärmt den Pulveranteil hierbei auf eine Temperatur knapp unterhalb dessen Schmelztemperatur auf. Hierdurch ist vermieden, dass Bestandteile des Pulveranteils an der Auftragseinheit 7 aufschmelzen und an dieser haften bleiben. Eine Verschmutzung und Beschädigung der Auftragseinheit durch aufgeschmolzene Pulverbestandteile ist vermieden. Es ist auch möglich, das Pulver durch die Temperiereinheit 15 aktiv zu kühlen. Dies ist insbesondere bei hitzeempfindlichen Pulvern, insbesondere bei hitzeempfindlichen pharmazeutischen Wirkstoffen, vorteilhaft.The application unit 7 has a tempering unit 15. The tempering unit 15 is used to preheat the powder portion adhering to the application unit 7 before it is deposited in the printing station 6. By preheating the powder portion, the temperature of the powder is adjusted to the temperatures prevailing in the construction space of the printing station 6. This reduces thermal stresses in the product to be produced. The disadvantageous effect of curling is avoided, particularly when carrier polymers are used. The tempering unit 15 heats the powder portion to a temperature just below its melting temperature. This prevents components of the powder portion from melting on the application unit 7 and sticking to it. Contamination and damage to the application unit due to melted powder components is avoided. It is also possible to actively cool the powder using the tempering unit 15. This is particularly advantageous for heat-sensitive powders, especially heat-sensitive pharmaceutical active ingredients.

Die Temperiereinheit 15 weist Fluidkanäle 16 auf, durch die ein Wärmeübertragungsfluid in Form eines Wärmeübertragungsöls gepumpt wird. Die Fluidkanäle 16 verlaufen in dem Grundkörper 12 mäanderförmig und decken die gesamte Fläche des Grundkörpers 12 in der x-y-Ebene gleichmäßig ab. Die Fluidkanäle 16 können beispielsweise einen Durchmesser von 4,2 mm haben. Das Wärmeübertragungsöl wird mittels eines Temperiergeräts 18 auf die gewünschte Temperatur gebracht und mithilfe einer Pumpe 19 in den Fluidkanälen 16 umgepumpt. In 2 ist ein Fluidkreislauf des Wärmeübertragungsöls mit dem Fluidkanal 16, dem Temperiergerät 18 und der Pumpe 19 durch Pfeile angedeutet.The temperature control unit 15 has fluid channels 16 through which a heat transfer fluid in the form of a heat transfer oil is pumped. The fluid channels 16 run in a meandering manner in the base body 12 and cover the entire surface of the base body 12 evenly in the xy plane. The fluid channels 16 can have a diameter of 4.2 mm, for example. The heat transfer oil is brought to the desired temperature by means of a temperature control device 18 and pumped around in the fluid channels 16 by means of a pump 19. In 2 A fluid circuit of the heat transfer oil with the fluid channel 16, the temperature control device 18 and the pump 19 is indicated by arrows.

Durch das in den Fluidkanälen 16 umgepumpte Wärmeübertragungsfluid wird die Auftragseinheit 7 auf eine gewünschte Temperatur gebracht. Hierdurch wird der mittels der Auftragseinheit 7 zu übertragende Pulveranteil vorgeheizt oder gekühlt. Zudem verhindert die Temperiereinheit ein zu starkes Erwärmen der Auftragseinheit 7 im Bauraum. Eine Beschädigung der Fotoleiterschicht 13 aufgrund der im Bauraum herrschenden Temperaturen ist vermieden.The application unit 7 is brought to a desired temperature by the heat transfer fluid pumped through the fluid channels 16. This preheats or cools the powder portion to be transferred by the application unit 7. In addition, the temperature control unit prevents the application unit 7 from heating up too much in the construction space. Damage to the photoconductor layer 13 due to the temperatures prevailing in the construction space is avoided.

In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Temperiereinheit mindesten ein Peltierelement und/oder Heizdrähte auf.In other embodiments not shown, the temperature control unit has at least one Peltier element and/or heating wires.

Die Auftragseinheit 7 weist einen Aktor 17 in Form eines Piezoaktors auf. Der Aktor 17 dient zu einer mechanischen Anregung der Auftragseinheit 7. Die mechanische Anregung vereinfacht die Ablage des Pulveranteils in der Druckstation 6. Durch die mechanische Anregung werden die Abstände zwischen einzelnen Pulverpartikeln zueinander vergrößert, was sowohl die interpartikulären Anziehungskräfte in Folge der van-der-Waals-Wechselwirkung als auch die elektrostatischen Anziehungskräfte reduziert. Die mechanische Anregung kann insbesondere durch Anlegen einer Sinus-, Rechteck- und/oder Dreieckspannung oder Kombinationen hiervon an den Piezoaktor 17 erfolgen. Die Spitze-zu-Spitze-Spannung beträgt dabei beispielsweise zwischen 300 Volt und 500 Volt. Die Anregungsfrequenz liegt beispielsweise in den Frequenzbereichen 100 Hz bis 500 Hz, 1 kHz bis 2 kHz und/oder 10 kHz bis 18 kHz. Als besonders geeignet hat sich die Anregung mit Pulsfolgen aus einem starken Vor-Puls und mehreren unregelmäßigen Folge-Pulsen kleinerer Amplitude erwiesen. Die Spitze-zu-Spitze-Spannung des Vor-Pulses kann beispielsweise etwa 1.000 Volt betragen.The application unit 7 has an actuator 17 in the form of a piezo actuator. The actuator 17 is used to mechanically excite the application unit 7. The mechanical excitation simplifies the deposition of the powder portion in the printing station 6. The mechanical excitation increases the distances between individual powder particles, which reduces both the interparticle attractive forces as a result of the van der Waals interaction and the electrostatic attractive forces. The mechanical excitation can be carried out in particular by applying a sinusoidal, rectangular and/or triangular voltage or combinations thereof to the piezo actuator 17. The peak-to-peak voltage is, for example, between 300 volts and 500 volts. The excitation frequency is, for example, in the frequency ranges 100 Hz to 500 Hz, 1 kHz to 2 kHz and/or 10 kHz to 18 kHz. Excitation with pulse sequences consisting of a strong pre-pulse and several irregular follow-up pulses of smaller amplitude has proven to be particularly suitable. The peak-to-peak voltage of the pre-pulse can be around 1,000 volts, for example.

In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Aktor 17 nicht direkt auf der Auftragseinheit 7, sondern im Bereich des Tragarms 9 angeordnet. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen kann mechanische Anregung auch durch eine starke Beschleunigung mithilfe des Positioniersystems 8 erfolgen.In other embodiments not shown, the actuator 17 is not arranged directly on the application unit 7, but in the area of the support arm 9. In yet other embodiments, mechanical excitation can also be achieved by strong acceleration using the positioning system 8.

Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 1 und deren Stationen 3 bis 6 werden im Folgenden im Rahmen der Beschreibung des Fertigungsverfahrens 2 näher erläutert. In 3 ist ein schematischer Verfahrensablauf des Fertigungsverfahrens 2 gezeigt. Das Fertigungsverfahren 2 wird insbesondere mit der Vorrichtung 1 durchgeführt.The further design of the device 1 and its stations 3 to 6 are explained in more detail below in the description of the manufacturing process 2. In 3 a schematic process flow of the manufacturing process 2 is shown. The manufacturing process 2 is carried out in particular with the device 1.

In einem Bereitstellungsschritt 20 werden die zur Fertigung des Produkts benötigten Pulver, im vorliegenden Fall die Pulver P1, P2, bereitgestellt. Im Bereitstellungsschritt 20 können zudem Konstruktionsdaten für das zu fertigende Produkt bereitgestellt werden, beispielsweise indem diese auf die Steuereinheit 11 übertragen werden.In a provision step 20, the powders required to manufacture the product, in this case the powders P1, P2, are provided. In the provision step 20, design data for the product to be manufactured can also be provided, for example by transferring them to the control unit 11.

An den Bereitstellungsschritt 20 schließt sich die schichtweise Fertigung des Produkts durch Erzeugen mehrerer Produkt-Schichten an. Zur Erzeugung einer Produkt-Schicht wird mindestens ein Pulveranteil der Pulver P1, P2 aufgetragen und verfestigt. Die Erzeugung der Produkt-Schichten wird durch die Steuereinheit 11 gesteuert und umfasst die im Folgenden beschriebenen Schritte.The provision step 20 is followed by the layer-by-layer production of the product by creating several product layers. To create a product layer, at least one powder portion of the powders P1, P2 is applied and solidified. The creation of the product layers is controlled by the control unit 11 and includes the steps described below.

In einem Auftragseinheit-Aufladeschritt 21 wird die Fotoleiterschicht 13 der Auftragseinheit 7 elektrostatisch aufgeladen. Das Aufladen der Fotoleiterschicht 13 der Auftragseinheit 7 erfolgt in der Aufladestation 3, wie dies in 4 beispielhaft gezeigt ist. Die Aufladestation 3 umfasst eine Auflade-Spannungsquelle 22, über die ein Coronadraht 23 mit Hochspannung versorgbar ist. Über die Schalter S22a, S22b, die über die Steuereinheit 11 ansteuerbar sind, kann die Polarität der Spannungsbeaufschlagung des Coronadrahts 23 eingestellt werden. Zur Aufladung der gesamten Fotoleiterschicht 13 ist der Coronadraht 23 entlang der y-Richtung verstellbar. Für die Fertigung der ersten Produkt-Schicht wird der Coronadraht 23 mit dem Pluspol der Auflade-Spannungsquelle 22 verbunden. Die Fotoleiterschicht 13 wird hierdurch positiv aufgeladen, beispielsweise auf ein Potenzial von 600 Volt.In an application unit charging step 21, the photoconductor layer 13 of the application unit 7 is electrostatically charged. The charging of the photoconductor layer 13 of the application unit 7 takes place in the charging station 3, as shown in 4 is shown by way of example. The charging station 3 comprises a charging voltage source 22, via which a corona wire 23 can be supplied with high voltage. The polarity of the voltage applied to the corona wire 23 can be set via the switches S22a, S22b, which can be controlled via the control unit 11. To charge the entire photoconductor layer 13, the corona wire 23 can be adjusted along the y-direction. To manufacture the first product layer, the corona wire 23 is connected to the positive pole of the charging voltage source 22. The photoconductor layer 13 is thereby positively charged, for example to a potential of 600 volts.

In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können anstatt des Coronadrahts 23 auch anders arbeitende Ladeeinheiten, insbesondere auf dem Prinzip der Gasentladung basierende Ladeeinheiten, verwendet werden. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird zur Aufladung der Fotoleiterschicht 13 ein Scorotron verwendet.In other embodiments not shown, charging units that work differently, in particular charging units based on the principle of gas discharge, can be used instead of the corona wire 23. In an advantageous embodiment, a scorotron is used to charge the photoconductor layer 13.

An den Auftragseinheit-Aufladeschritt 21 schließt sich ein Belichtungsschritt 24 an. Der Belichtungsschritt 24 wird mithilfe der Belichtungsstation 4 durchgeführt, wie dies in 5 schematisch dargestellt ist. Die Belichtungsstation 4 weist eine Belichtungsvorrichtung 25 zur selektiven Belichtung der Fotoleiterschicht 13 auf. Zur Erzeugung der hierfür erforderlichen Strahlung 27 weist die Belichtungsvorrichtung eine Leuchtdiode 26 auf. Mithilfe der Beleuchtungsvorrichtung 25 wird die Strahlung 27 selektiv auf zu belichtende Bereiche der Fotoleiterschicht 13 eingestrahlt. Die mit der Strahlung 27 bestrahlten Bereiche der Fotoleiterschicht 13 werden temporär leitend, sodass lokal die im Auftragseinheit-Aufladeschritt 21 erzeugte elektrostatische Ladung abfließt. Durch die selektive Bestrahlung wird die Fotoleiterschicht 13 der Auftragseinheit 7 selektiv entladen. Bei Verwendung einer Fotoleiterschicht 13 aus Arsen(III)-Selenid hat sich die Verwendung von Strahlung 27 mit einer Wellenlänge von 613 nm als besonders geeignet erwiesen. Die Belichtungszeit wird bevorzugt an die Höhe der Pulveraufladung angepasst. Beispielhafte Belichtungszeiten liegen zwischen 10 ms und 300 ms. Durch die selektive Bestrahlung und Entladung der Fotoleiterschicht 13 werden diejenigen Bereiche definiert, an welchen in einem späteren Entwicklungsschritt Pulveranteile anhaften und in den Bauraum der Druckstation 6 übertragen werden. Die selektive Belichtung legt somit eine Kontur des Produkts in der zu erzeugenden Produkt-Schicht fest.The application unit charging step 21 is followed by an exposure step 24. The exposure step 24 is carried out using the exposure station 4, as shown in 5 is shown schematically. The exposure station 4 has an exposure device 25 for selectively exposing the photoconductor layer 13. To generate the radiation 27 required for this, the exposure device has a light-emitting diode 26. With the aid of the illumination device 25, the radiation 27 is selectively irradiated onto the areas of the photoconductor layer 13 to be exposed. The areas of the photoconductor layer 13 irradiated with the radiation 27 become temporarily conductive, so that the electrostatic charge generated in the application unit charging step 21 flows away locally. The selective irradiation causes the Photoconductor layer 13 of the application unit 7 is selectively discharged. When using a photoconductor layer 13 made of arsenic(III) selenide, the use of radiation 27 with a wavelength of 613 nm has proven to be particularly suitable. The exposure time is preferably adapted to the level of the powder charge. Example exposure times are between 10 ms and 300 ms. The selective irradiation and discharge of the photoconductor layer 13 defines those areas to which powder components adhere in a later development step and are transferred into the construction space of the printing station 6. The selective exposure thus defines a contour of the product in the product layer to be produced.

An der Entwicklungsstation 5 wird ein Entwicklungsschritt 28 durchgeführt. Der Entwicklungsschritt 28 gliedert sich in einen Pulver-Aufladeschritt 29 und einen Pulver-Aufnahmeschritt 30, die nachfolgend in Bezug auf die 6 bzw. 7 näher erläutert werden.A development step 28 is carried out at the development station 5. The development step 28 is divided into a powder charging step 29 and a powder receiving step 30, which are described below with respect to the 6 or 7 be explained in more detail.

Die Entwicklungsstation 5 weist eine geerdete Basisfläche 31 auf. Aus den Pulverreservoir R1 ist ein Pulveranteil A1 des Pulvers P1 in Form einer Schicht der Pulverpartikel auf die Basisfläche 31 aufgebracht. Ein Pulveranteil A1 wird mithilfe einer Pulver-Aufladeeinrichtung 32 elektrostatisch aufgeladen. Die Pulver-Aufladeeinrichtung 32 weist eine Spannungsquelle 33 auf, die an einem Coronadraht 34 angeschlossen ist. Der Coronadraht 34 ist mithilfe der Spannungsquelle 33 mit einer Hochspannung beaufschlagbar. Mithilfe der Schalter S33a, S33b ist die Polarität der Spannungsbeaufschlagung des Coronadrahts 34 änderbar. Zur elektrostatischen Aufladung des Pulveranteils A1 wird der Coronadraht 34 in y-Richtung über die auf der Basisschicht 31 aufgetragene Pulverschicht geführt. Der Coronadraht 34 ist zudem in z-Richtung positionierbar, um eine optimale Anpassung an das verwendete Pulver P1, insbesondere die Größe der Pulverpartikel, zu gewährleisten. Abhängig von der Schalterstellung der Schalter S33a, S33b wird der Coronadraht 34 und damit der Pulveranteil A1 mit unterschiedlicher Polarität aufgeladen. Bei dem in 6 gezeigten Pulver-Aufladeschritt 29 zur Fertigung der ersten Produkt-Schicht wird das Pulver beispielsweise mit einer positiven Spannung aufgeladen. Das Pulver wird beispielsweise auf ein Potenzial zwischen 400 Volt und 1.000 Volt aufgeladen.The development station 5 has a grounded base surface 31. A powder portion A1 of the powder P1 is applied from the powder reservoir R1 to the base surface 31 in the form of a layer of powder particles. A powder portion A1 is electrostatically charged using a powder charging device 32. The powder charging device 32 has a voltage source 33 that is connected to a corona wire 34. The corona wire 34 can be charged with a high voltage using the voltage source 33. The polarity of the voltage applied to the corona wire 34 can be changed using the switches S33a, S33b. To electrostatically charge the powder portion A1, the corona wire 34 is guided in the y-direction over the powder layer applied to the base layer 31. The corona wire 34 can also be positioned in the z-direction to ensure optimal adaptation to the powder P1 used, in particular the size of the powder particles. Depending on the switch position of the switches S33a, S33b, the corona wire 34 and thus the powder portion A1 are charged with different polarity. 6 In the powder charging step 29 shown for producing the first product layer, the powder is charged with a positive voltage, for example. The powder is charged to a potential between 400 volts and 1,000 volts, for example.

Der Pulver-Aufladeschritt 29 kann zeitlich parallel zu dem Auftragseinheit-Aufladeschritt 21 und/oder dem Belichtungsschritt 24 erfolgen.The powder charging step 29 can take place in parallel to the application unit charging step 21 and/or the exposure step 24.

Anstatt des Coronadrahts 34 können in anderen Ausführungsbeispielen auch andere Ladeeinheiten, insbesondere auf Gasentladung basierende Ladeeinheiten, verwendet werden. Anstatt des Coronadrahts 34 kann insbesondere ein Scorotron eingesetzt werden, wodurch eine präzisiere Einstellung des gewünschten Oberflächenpotenzials möglich ist.Instead of the corona wire 34, other charging units, in particular charging units based on gas discharge, can also be used in other embodiments. Instead of the corona wire 34, a scorotron can be used in particular, which enables a more precise setting of the desired surface potential.

Im Pulver-Aufnahmeschritt 30 wird der Pulveranteil A1 von der Auftragseinheit 7 aufgenommen. Hierfür wird die Auftragseinheit 7 in die Entwicklungsstation 5 verlagert. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in 7 die Pulver-Aufladeeinrichtung 32 der Entwicklungsstation 5 nicht gezeigt. Die Auftragseinheit 7 wird zudem in z-Richtung für die Aufnahme des Pulveranteils A1 zugestellt. Die Zustellung erfolgt derart, dass ein Abstand d zwischen der Fotoleiterschicht 13 der Auftragseinheit 7 und der Oberfläche des aufgeladenen Pulveranteils A1 verbleibt. Die Aufnahme des Pulveranteils A1 erfolgt berührungslos. Der Abstand d wird abhängig von der Masse der Pulverpartikel und deren elektrostatischer Aufladung gewählt. Der Abstand d kann beispielsweise zwischen 1 mm und 8 mm betragen.In the powder pick-up step 30, the powder portion A1 is picked up by the application unit 7. For this purpose, the application unit 7 is moved to the development station 5. For the sake of better clarity, 7 the powder charging device 32 of the development station 5 is not shown. The application unit 7 is also fed in the z-direction to pick up the powder portion A1. The feed is carried out in such a way that a distance d remains between the photoconductor layer 13 of the application unit 7 and the surface of the charged powder portion A1. The powder portion A1 is picked up without contact. The distance d is selected depending on the mass of the powder particles and their electrostatic charge. The distance d can be between 1 mm and 8 mm, for example.

Zur Aufnahme des Pulveranteils A1 wird der Grundkörper 12 der Auftragseinheit 7 mittels der Auftragseinheit-Spannungsquelle 14 mit einer Aufnahmespannung beaufschlagt. Die Aufnahmespannung weist eine der Aufladung der Pulveranteils A1 konträre Polarität auf und unterstützt somit die elektrostatische Anziehungskraft der Pulverpartikel. Vorliegend ist die Fotoleiterschicht 13 in den nicht belichteten Bereichen positiv aufgeladen. Auch der Pulveranteil A1 ist positiv aufgeladen. Die nicht belichteten Bereiche der Fotoleiterschicht 13 reduzieren die mithilfe der Aufnahmespannung erzeugte Anziehungskraft auf die Pulverpartikel lokal. Aufnahmespannung, elektrostatische Aufladung der Fotoleiterschicht 13 sowie elektrostatische Aufladung des Pulveranteils A1 sind derart aufeinander abgestimmt, dass nur Pulverpartikel des Pulveranteils A1 in zuvor belichteten und damit entladenen Bereichen der Fotoleiterschicht 13 angezogen werden und dort haften bleiben. Eine geeignete Aufnahmespannung kann abhängig von der Polarität beispielsweise zwischen -100 V und -300 V bzw. zwischen 100 V und 300 V betragen.To absorb the powder portion A1, the base body 12 of the application unit 7 is subjected to a receiving voltage by means of the application unit voltage source 14. The receiving voltage has a polarity opposite to the charge of the powder portion A1 and thus supports the electrostatic attraction of the powder particles. In the present case, the photoconductor layer 13 is positively charged in the non-exposed areas. The powder portion A1 is also positively charged. The non-exposed areas of the photoconductor layer 13 locally reduce the attraction on the powder particles generated by the receiving voltage. The receiving voltage, electrostatic charge of the photoconductor layer 13 and electrostatic charge of the powder portion A1 are coordinated in such a way that only powder particles of the powder portion A1 are attracted to and adhere to previously exposed and thus discharged areas of the photoconductor layer 13. Depending on the polarity, a suitable input voltage can be, for example, between -100 V and -300 V or between 100 V and 300 V.

Eine Aufnahme des Pulveranteils, bei welchem Pulverpartikel in zuvor belichteten und entladenen Bereichen der Fotoleiterschicht 13 anhaften, wird als Weißschreiben oder englisch „Discharged Area Development“ bezeichnet. Alternativ ist auch möglich, die Fotoleiterschicht 13 und den Pulveranteil A1 mit entgegengesetzter Polarität aufzuladen. Die aufgeladenen und nicht mittels der Belichtung entladenen Bereiche der Fotoleiterschicht 13 wirken dann auf die mit entgegengesetzter Polarität aufgeladenen Pulverpartikel anziehend. Gegebenenfalls haften die Pulverpartikel nur in den nicht belichteten Stellen an. Ein derartiges Vorgehen wird als Schwarzschreiben oder englisch „Charged Area Development“ bezeichnet.A recording of the powder portion, in which powder particles adhere to previously exposed and discharged areas of the photoconductor layer 13, is referred to as white writing or in English “Discharged Area Development”. Alternatively, it is also possible to charge the photoconductor layer 13 and the powder portion A1 with opposite polarity. The charged areas of the photoconductor layer 13 that were not discharged by exposure then have an attractive effect on the powder particles charged with opposite polarity. If necessary, the powder particles only adhere to the non-exposed areas. Such a procedure is called This is also known as “Charged Area Development”.

Nach Aufnahme des Pulveranteils A1 in den zuvor belichteten Bereichen der Fotoleiterschicht 13 erfolgt ein Transferschritt 35 zum Transferieren des Pulvers von der Entwicklungsstation 5 hin zu der Druckstation 6.After the powder portion A1 has been absorbed in the previously exposed areas of the photoconductor layer 13, a transfer step 35 is carried out to transfer the powder from the development station 5 to the printing station 6.

In dem Transferschritt 3 5 wird der Pulveranteil mithilfe der Auftragseinheit 7 an die Druckstation 6 transportiert, indem die Auftragseinheit 7 in die Druckstation 6 verlagert wird. Während des Transfers von der Entwicklungsstation 5 in die Druckstation 6 wird der Grundkörper 12 der Auftragseinheit 7 mit einer der Aufnahmespannung entsprechenden Haltespannung beaufschlagt. Mithilfe der Temperiereinheit 15 wird der an der Auftragseinheit 7 anhaftende Pulveranteil A1 vorgeheizt. Das Vorheizen erfolgt auf eine Temperatur T, die knapp unterhalb der Schmelztemperatur TS des Pulveranteils liegt, bevorzug auf eine Temperatur innerhalb des quasi-isothermen Prozessfensters. Hierdurch wird die Temperatur des zu übertragenden Pulveranteils A1 an die an der Druckstation 6 herrschende Temperatur angepasst.In the transfer step 3 5, the powder portion is transported to the printing station 6 with the aid of the application unit 7 by moving the application unit 7 into the printing station 6. During the transfer from the development station 5 to the printing station 6, the base body 12 of the application unit 7 is subjected to a holding voltage corresponding to the receiving voltage. The powder portion A1 adhering to the application unit 7 is preheated with the aid of the tempering unit 15. The preheating takes place to a temperature T which is just below the melting temperature TS of the powder portion, preferably to a temperature within the quasi-isothermal process window. This adapts the temperature of the powder portion A1 to be transferred to the temperature prevailing at the printing station 6.

An der Druckstation 6 erfolgt ein Druckschritt 36. In dem Druckschritt 36 wird der Pulveranteil A1 mittels der Auftragseinheit 7 auf eine Auftragsfläche F übertragen. Hierzu wird der Pulveranteil A1 auf die Auftragsfläche F abgelegt. Die Druckstation 6 sowie der Druckschritt 36 werden im Folgenden mit Bezug auf 8 näher erläutert.A printing step 36 takes place at the printing station 6. In the printing step 36, the powder portion A1 is transferred to an application surface F by means of the application unit 7. For this purpose, the powder portion A1 is deposited on the application surface F. The printing station 6 and the printing step 36 are described below with reference to 8th explained in more detail.

Die Druckstation 6 bildet einen Bauraum 37 mit einer Bauplattform 38 aus. Bei der Fertigung der ersten Produkt-Schicht bildet die der Auftragseinheit 7 zugewandte Oberfläche der Bauplattform 38 die Auftragsfläche F aus. Eine Oberflächennormale N der Auftragsfläche F ist parallel zu der z-Richtung orientiert.The printing station 6 forms a construction space 37 with a construction platform 38. During the production of the first product layer, the surface of the construction platform 38 facing the application unit 7 forms the application surface F. A surface normal N of the application surface F is oriented parallel to the z-direction.

Der Bauraum 37 kann mit Luft gefüllt sein oder ein Schutzgas aufweisen. Geeignete Schutzgase sind beispielsweise Stickstoff und/oder ein Edelgas, insbesondere Argon.The construction space 37 can be filled with air or contain a protective gas. Suitable protective gases are, for example, nitrogen and/or a noble gas, in particular argon.

Die Druckstation 6 weist eine Übertragungsstruktur 39 auf. Die Übertragungsstruktur 39 weist einen Übertragungsrahmen aus vier rahmenförmig angeordnete Kupferstäben 40 auf. Die Kupferstäbe 40 sind zylindrisch ausgebildet und weisen beispielsweise einen Durchmesser von jeweils 0,8 mm auf. Die Kupferstäbe 40 sind an ihren Enden miteinander verschweißt und bilden somit einen quadratischen Übertragungsrahmen. Der Übertragungsrahmen weist eine Seitenlänge auf, die die Seitenlänge der Auftragseinheit 7, insbesondere deren Grundkörper 12, übersteigt. In der x-y-Ebene ist die Übertragungsstruktur 39 daher umfangseitig um die Auftragseinheit 7 angeordnet. Die Kupferstäbe 40 und damit die Übertragungsstruktur 39 sind geerdet.The printing station 6 has a transfer structure 39. The transfer structure 39 has a transfer frame made of four copper rods 40 arranged in a frame shape. The copper rods 40 are cylindrical and each have a diameter of 0.8 mm, for example. The copper rods 40 are welded together at their ends and thus form a square transfer frame. The transfer frame has a side length that exceeds the side length of the application unit 7, in particular its base body 12. In the x-y plane, the transfer structure 39 is therefore arranged circumferentially around the application unit 7. The copper rods 40 and thus the transfer structure 39 are grounded.

Die Übertragungsstruktur 39 ist in Richtung der Oberflächennormalen N der Auftragsfläche F verlagerbar. Die Übertragungsstruktur 39 ist somit in z-Richtung verlagerbar.The transfer structure 39 can be displaced in the direction of the surface normal N of the application surface F. The transfer structure 39 can thus be displaced in the z-direction.

Die Auftragseinheit 7 wird oberhalb der Auftragsfläche F positioniert und in z-Richtung zugestellt. Hierdurch wird ein Abstand D zwischen den an der Fotoleiterschicht 13 anhaftenden Pulverpartikel und der Auftragsfläche F eingestellt. Der Abstand D kann für die berührungslose Ablage der Pulverpartikel des Pulveranteils A1, insbesondere unter Berücksichtigung der Aufladung der Pulverpartikel und deren Masse, geeignet gewählt werden. Ein beispielhafter Abstand D beträgt zwischen 1 mm und 8 mm.The application unit 7 is positioned above the application surface F and fed in the z-direction. This sets a distance D between the powder particles adhering to the photoconductor layer 13 and the application surface F. The distance D can be selected to be suitable for the contactless deposition of the powder particles of the powder portion A1, in particular taking into account the charge of the powder particles and their mass. An example distance D is between 1 mm and 8 mm.

Die Übertragungsstruktur 39 ist mit den Kupferstäben 40 in Richtung der Oberflächennormalen N, d.h. in z-Richtung, zwischen der Auftragsfläche F und der Auftragseinheit 7 angeordnet. Die Übertragungsstruktur 39 wird in z-Richtung derart positioniert, dass ein Abstand zwischen den Kupferstäben 40 und der Auftragsfläche F im Wesentlichen dem Partikeldurchmesser der Pulverpartikel des Pulveranteils A1 entspricht.The transfer structure 39 is arranged with the copper rods 40 in the direction of the surface normal N, i.e. in the z-direction, between the application surface F and the application unit 7. The transfer structure 39 is positioned in the z-direction such that a distance between the copper rods 40 and the application surface F essentially corresponds to the particle diameter of the powder particles of the powder portion A1.

Zur Ablage des Pulveranteils A1 wird die Spannungsbeaufschlagung des Grundkörpers 12 der Auftragseinheit 7 umgepolt. Der Grundkörper 12 wird daher mit einer der Polarität der Aufladung des Pulveranteils A1 entsprechenden Ablagespannung beaufschlagt. Zwischen dem spannungsbeaufschlagten Grundkörper 12 und der geerdeten Übertragungsstruktur 39 bildet sich ein elektrisches Feld E aus, das auch als Transferfeld bezeichnet wird. Mithilfe des Aktors 17 wird die Auftragseinheit 7 mechanisch angeregt, um interpartikuläre Anziehungskräfte zwischen den Pulverpartikeln und der Fotoleiterschicht 13 zu überwinden. Die Pulverpartikel des Pulveranteils A1 lösen sich von der Fotoleiterschicht 13 und werden entlang des Transferfeldes E auf der Auftragsfläche F abgelegt.To deposit the powder portion A1, the voltage applied to the base body 12 of the application unit 7 is reversed. The base body 12 is therefore subjected to a deposition voltage corresponding to the polarity of the charge of the powder portion A1. An electric field E, also referred to as a transfer field, forms between the voltage-charged base body 12 and the grounded transfer structure 39. The application unit 7 is mechanically excited with the aid of the actuator 17 in order to overcome interparticle attractive forces between the powder particles and the photoconductor layer 13. The powder particles of the powder portion A1 detach from the photoconductor layer 13 and are deposited along the transfer field E on the application surface F.

Der so auf die Auftragsfläche F aufgetragene Pulveranteil A1 wird verfestigt. Die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten Polymerpulver werden hierzu aufgeschmolzen, indem der Bauraum 37 auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur TS des Pulvers P1 erwärmt wird. Die Druckstation 6 weist eine Heizeinrichtung 41 zum Aufheizen des Bauraums 37 auf. Die Heizeinrichtung 41 weist bevorzugt Laser, insbesondere CO2-Laser und/oder Thulium-Laser, zum selektiven Aufschmelzen der aufgetragenen Pulveranteile auf.. Insbesondere weist die Heizeinrichtung Heizstrahler zum Vorheizen des Pulvers und Laser zum selektiven Aufschmelzen des Pulvers auf. Dies ist besonders vorteilhaft für die Verarbeitung verschiedener Pulver mit stark unterschiedlichen Schmelztemperaturen. Im Falle hochschmelzender Pulver können auch jeweils Laser zum Vorheizen und Aufschmelzen des Pulvers vorhanden sein. Bei der Verarbeitung eines niedrigschmelzenden Pulvers und eines hochschmelzenden Pulvers kann der Heizstrahler zum Vorwärmen des niedrigschmelzenden Pulvers, ein erster Laser zum Vorwärmen des hochschmelzenden Pulvers und ein zweiter Laser zum homogenen Aufschmelzen der jeweiligen Pulver eingesetzt werden.The powder portion A1 thus applied to the application surface F is solidified. The polymer powders used in the embodiment shown are melted for this purpose by heating the construction space 37 to a temperature above the melting temperature TS of the powder P1. The printing station 6 has a heating device 41 for heating the construction space 37. The heating device 41 preferably has lasers, in particular CO 2 lasers and/or thulium lasers, for selectively melting the applied powder portions. In particular, the heating device has radiant heaters for preheating zen of the powder and lasers for selectively melting the powder. This is particularly advantageous for processing different powders with very different melting temperatures. In the case of high-melting powders, lasers can also be present for preheating and melting the powder. When processing a low-melting powder and a high-melting powder, the radiant heater can be used to preheat the low-melting powder, a first laser can be used to preheat the high-melting powder and a second laser can be used to homogeneously melt the respective powders.

Keramische und/oder metallische Pulver weisen wesentlich höhere Schmelztemperaturen als Polymehrpulver auf. Für eine thermische Verfestigung sind entsprechend höhere Temperaturen erforderlich. Ein Verfestigen von metallischen und/oder keramischen Pulvern erfolgt daher bevorzugt ebenfalls durch selektiven Energieeintrag, beispielsweise durch selektives Laserstrahlsintern und/oder Elektronenstrahlschmelzen. Hierbei kann ein Vorwärmen der metallischen und/oder keramischen Pulver erfolgen. Da hierfür regelmäßig hohe Temperaturen, beispielsweise bis zu 600 °C, erforderlich sind, besteht das Risiko einer Beschädigung der Fotoleiterschicht. Metallische und/oder keramische Pulver werden daher in vielen Fällen bei Raumtemperatur aufgetragen. Das Verfestigen erfolgt dann beispielsweise indem ein entsprechend höherer Energieeintrag zum selektiven Aufschmelzen eingestrahlt wird. Hierfür können höhere Laserintensitäten und/oder andere Wellenlängen vorteilhaft sein. Bevorzugt können metallische und/oder keramische Strukturen in einem vorgelagerten Fertigungsprozess gefertigt, insbesondere additiv gefertigt werden. Die zur Verarbeitung dieser Materialien erforderlichen Temperaturen bzw. Energien haben dann keinen negativen Einfluss auf pharmazeutische Wirkstoffe, die in einem weiteren Fertigungsschritt verarbeitet werden. Beispielsweise kann ein vorgefertigter Produkt-Grundkörper aus Metall, insbesondere Titan, und/oder Keramik im Bereitstellungsschritt 20 mit mindestens einem Pulver, das mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff aufweist, bereitgestellt werden. Die Auftragsfläche F ist dann durch die Oberfläche des Produkt-Grundkörpers gebildet, worauf pharmazeutisch aktive Bereiche gezielt mittels des obigen Verfahrens geschaffen werden können. Bevorzugt wird der Produkt-Grundkörper mit der Vorrichtung 1 gefertigt.Ceramic and/or metallic powders have significantly higher melting temperatures than polymultipowders. Correspondingly higher temperatures are required for thermal solidification. Solidification of metallic and/or ceramic powders is therefore preferably also carried out by selective energy input, for example by selective laser beam sintering and/or electron beam melting. In this case, the metallic and/or ceramic powders can be preheated. Since high temperatures, for example up to 600 °C, are regularly required for this, there is a risk of damage to the photoconductor layer. Metallic and/or ceramic powders are therefore often applied at room temperature. Solidification then takes place, for example, by irradiating a correspondingly higher energy input for selective melting. Higher laser intensities and/or other wavelengths can be advantageous for this. Metallic and/or ceramic structures can preferably be manufactured in an upstream manufacturing process, in particular additively manufactured. The temperatures or energies required to process these materials then have no negative influence on pharmaceutical active ingredients that are processed in a further production step. For example, a prefabricated product base body made of metal, in particular titanium, and/or ceramic can be provided in the provision step 20 with at least one powder that has at least one pharmaceutical active ingredient. The application area F is then formed by the surface of the product base body, on which pharmaceutically active areas can be created in a targeted manner using the above method. The product base body is preferably manufactured using the device 1.

Ein Verfestigen der aufgetragenen Pulveranteile kann alternativ oder zusätzlich durch nicht-thermische Methoden, beispielsweise durch Binder-Jetting, erfolgen. Insbesondere beim Verfestigen durch Binder-Jetting wird ein Grünteil des zu fertigenden Produkts additiv gefertigt, das in einem nachfolgenden Schritten entbindert und zu dem fertigen Produkt gesintert wird.Solidification of the applied powder components can alternatively or additionally be achieved by non-thermal methods, for example by binder jetting. In particular, when solidifying by binder jetting, a green part of the product to be manufactured is additively manufactured, which is debindered in a subsequent step and sintered to form the finished product.

Nach Auftragen des Pulveranteils A1 erfolgt ein Löschungsschritt 42. In dem Löschungsschritt 42 werden verbleibende Ladungen der Fotoleiterschicht 13 der Auftragseinheit 7 gelöscht, indem diese vollflächig mit der Strahlung 27 belichtet wird. Der Löschungsschritt 42 erfolgt mithilfe der Belichtungsstation 3. Zur Löschung der Ladungen können beispielsweise Belichtungszeiten von etwa 100 ms eingesetzt werden.After application of the powder portion A1, an erasure step 42 is carried out. In the erasure step 42, remaining charges of the photoconductor layer 13 of the application unit 7 are erased by exposing the entire surface to the radiation 27. The erasure step 42 is carried out using the exposure station 3. For example, exposure times of around 100 ms can be used to erase the charges.

Der aufgetragene Pulveranteil A1 bildet eine erste Produkt-Schicht B 1. Zur Auftragung weiterer Produkt-Schichten werden die vorgenannten Schritte wiederholt, wie dies in 3 anhand der Wiederholungsschleife 43 angedeutet ist. Bei dem Fertigungsverfahren 2 werden die zur Erzeugung aufeinanderfolgender Produkt-Schichten verwendeten Pulveranteile mit unterschiedlicher Polarität elektrostatisch aufgeladen. Hierzu wird die Spannungsquelle 33 der Pulver-Aufladeeinheit 32 zur Aufladung der Pulveranteile für unterschiedliche Produkt-Schichten mithilfe der Schalter S33a, S33b umgepolt. Entsprechend werden an den Grundkörper 12 der Auftragseinheit 7 die Aufnahmespannung, Haltespannung und Ablegespannung mit entsprechend angepasster Polarität angelegt. Hierzu wird Spannungsbeaufschlagung des Grundkörpers 12 mittels der Schalter S14a, S 14b der Auftragseinheit-Spannungsquelle 14 bei der Fertigung aufeinanderfolgender Produkt-Schichten entsprechend gesteuert. Bei der Auftragung der Pulveranteile wird die Fotoleiterschicht 13 der Auftragseinheit 7 jeweils mit der gleichen Polarität aufgeladen. Die alternierend aufgeladenen Pulveranteile werden dann mittels Schwarz- und Weißschreiben alternierend im Bereich geladener bzw. entladener Bereiche der Fotoleiterschicht 13 aufgenommen und gehalten. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass gängige Fotoleiterschichten, die jeweils nur mit einer Polarität aufladbar sind, zur Auftragung von Pulveranteilen mit unterschiedlicher Polarität eingesetzt werden können.The applied powder portion A1 forms a first product layer B 1. To apply further product layers, the above steps are repeated as shown in 3 is indicated by the repetition loop 43. In the production method 2, the powder components used to produce successive product layers are electrostatically charged with different polarities. For this purpose, the voltage source 33 of the powder charging unit 32 is reversed using the switches S33a, S33b to charge the powder components for different product layers. Accordingly, the take-up voltage, holding voltage and depositing voltage are applied to the base body 12 of the application unit 7 with the correspondingly adjusted polarity. For this purpose, the voltage application to the base body 12 is controlled accordingly using the switches S14a, S14b of the application unit voltage source 14 during the production of successive product layers. When the powder components are applied, the photoconductor layer 13 of the application unit 7 is charged with the same polarity in each case. The alternately charged powder components are then picked up and held by means of black and white writing alternately in the area of charged or discharged areas of the photoconductor layer 13. This procedure has the advantage that common photoconductor layers, each of which can only be charged with one polarity, can be used to apply powder components with different polarities.

Die alternierende Aufladung der Pulveranteile zur Erzeugung aufeinanderfolgender Produkt-Schichten verhindert eine nachteilige Ladungsakkumulation in dem zu fertigenden Produkt. Eine elektrostatische Abstoßung der Pulverpartikel ist reduziert. Vielmehr bewirkt die Aufladung der Pulveranteile mit alternierender Polarität, dass sich die Pulveranteile aufeinanderfolgender Produkt-Schichten elektrostatisch anziehen. Dies erhöht die Stabilität der Produkt-Schichten bei der Fertigung. Zudem ist eine Packungsdichte der Pulverpartikel bei der Fertigung erhöht. Das gefertigte Produkt weist eine erhöhte Dichte und verbesserte mechanische Eigenschaften auf.The alternating charging of the powder components to create successive product layers prevents a disadvantageous accumulation of charge in the product to be manufactured. Electrostatic repulsion of the powder particles is reduced. Rather, the charging of the powder components with alternating polarity causes the powder components of successive product layers to electrostatically attract each other. This increases the stability of the product layers during production. In addition, the packing density of the powder particles is increased during production. The manufactured product has an increased density and improved mechanical properties.

In 9 ist exemplarisch die Erzeugung einer weiteren Produkt-Schicht B2 durch Auftragung eines Pulveranteils A2 gezeigt. 9 betrifft den Druckschritt in der Druckstation 6. Die zuvor aufgetragene und verfestigte Produkt-Schicht B 1 bildet die Auftragsfläche F für den Pulveranteil A2. Der Pulveranteil A2 ist in 9 bereits auf der Auftragsfläche F abgelegt. Der Pulveranteil A2 ist mit einer im Vergleich zu dem Pulveranteil A1 konträren Polarität aufgeladen. Entsprechend ist die Auftragseinheit-Spannungsquelle 14 zur Erzeugung der Ablegespannung im Vergleich zu dem vorherigen Druckschritt umgepolt. Zur Erzeugung der Ablegespannung wird der Grundkörper 12 der Auftragseinheit 7 mit einer Spannung negativer Polarität beaufschlagt. Entsprechend weist das elektrische Transferfeld E eine entgegengesetzte Richtung auf.In 9 The production of a further product layer B2 by applying a powder portion A2 is shown as an example. 9 concerns the printing step in the printing station 6. The previously applied and solidified product layer B 1 forms the application area F for the powder portion A2. The powder portion A2 is in 9 already deposited on the application surface F. The powder portion A2 is charged with a polarity opposite to that of the powder portion A1. Accordingly, the application unit voltage source 14 for generating the deposition voltage is reversed compared to the previous printing step. To generate the deposition voltage, the base body 12 of the application unit 7 is subjected to a voltage of negative polarity. Accordingly, the electric transfer field E has an opposite direction.

Aufgrund der Verlagerbarkeit der Auftragseinheit 7 in z-Richtung kann unabhängig von einer Höhe bereits erzeugter Produkt-Schichten ein gewünschter Abstand D zwischen an der Auftragseinheit 7 anhaftenden Pulveranteilen und der Auftragsfläche F eingehalten werden. Ebenso ermöglicht die Verlagerbarkeit der Übertragungsstruktur 39 in z-Richtung eine Anpassung der Position der Übertragungsvorrichtung 39 an die Höhe bereits erzeugter Produkt-Schichten. Durch die geeignete Positionierung der Übertragungsstruktur 39 relativ zu der Auftragseinheit 7 ist die Stärke des Transferfeldes E unabhängig von der bereits erzeugten Produkthöhe einstellbar.Due to the ability to move the application unit 7 in the z-direction, a desired distance D between powder components adhering to the application unit 7 and the application surface F can be maintained regardless of the height of the product layers already produced. Likewise, the ability to move the transfer structure 39 in the z-direction enables the position of the transfer device 39 to be adjusted to the height of the product layers already produced. By appropriately positioning the transfer structure 39 relative to the application unit 7, the strength of the transfer field E can be adjusted regardless of the product height already produced.

In 10 ist exemplarisch die Erzeugung einer weiteren Produkt-Schicht B3 gezeigt. 10 zeigt die Druckstation 6 nach der Ablage eines Pulveranteils A3 auf die bereits erzeugten Produkt-Schichten B1, B2. Die Oberfläche der zuletzt erzeugten Produkt-Schicht B2 bildet die Auftragsfläche F für den Auftrag des Pulveranteils A3. Der Pulveranteil A3 besteht aus dem Pulver P2. Die Produkt-Schicht B3 wird daher aus einem anderen Material gefertigt als die bereits erzeugten Produkt-Schichten B 1, B2. Während zur Erzeugung der Produkt-Schichten B 1, B2 die entsprechenden Pulveranteile A1, A2 vollflächig aufgetragen wurden, erfolgt der Pulverauftrag des Pulveranteils A3 selektiv.In 10 The creation of a further product layer B3 is shown as an example. 10 shows the printing station 6 after the deposit of a powder portion A3 on the already produced product layers B1, B2. The surface of the last produced product layer B2 forms the application area F for the application of the powder portion A3. The powder portion A3 consists of the powder P2. The product layer B3 is therefore made of a different material than the already produced product layers B 1, B2. While the corresponding powder portions A1, A2 were applied over the entire surface to produce the product layers B 1, B2, the powder application of the powder portion A3 takes place selectively.

In weiteren Verfahrensschritten kann ein weiterer Pulveranteil in Schicht-Bereichen der Produkt-Schicht B3 aufgebracht werden, in welchen der Pulveranteil A3 nicht aufgebracht ist. Auf diese Weise können unterschiedliche Pulveranteile und damit unterschiedliche Materialien innerhalb einer Produkt-Schicht kombiniert werden. Verschiedene Pulveranteile, die zur Fertigung derselben Produkt-Schicht verwendet werden, werden bevorzugt mit der gleichen Polarität aufgeladen. In further process steps, a further powder portion can be applied to areas of the product layer B3 in which the powder portion A3 is not applied. In this way, different powder portions and thus different materials can be combined within a product layer. Different powder portions that are used to produce the same product layer are preferably charged with the same polarity.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden alle Pulveranteile einer Produkt-Schicht jeweils mit gleicher Polarität aufgeladen. Die Pulveranteile unterschiedlicher Produkt-Schichten werden mit alternierender Polarität aufgeladen. Ein aufzutragender Pulveranteil einer weiteren Produkt-Schicht wird jeweils mit einer Polarität aufgeladen, die entgegengesetzt zu der Polarität der jeweiligen Auftragsfläche, also der Polarität der zuvor aufgetragenen Produkt-Schicht, ist. Hierdurch resultiert eine besonders vorteilhafte elektrostatische Anziehung zwischen aufeinanderfolgenden Produkt-Schichten. Zudem ist eine Ladungsakkumulation im zu erzeugenden Produkt zuverlässig vermieden.In the embodiment shown, all powder components of a product layer are each charged with the same polarity. The powder components of different product layers are charged with alternating polarity. A powder component of a further product layer to be applied is charged with a polarity that is opposite to the polarity of the respective application area, i.e. the polarity of the previously applied product layer. This results in a particularly advantageous electrostatic attraction between successive product layers. In addition, charge accumulation in the product to be produced is reliably avoided.

In 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Entwicklungsstation 105, einer Vorrichtung zur additiven Fertigung, gezeigt. Komponenten, die in Bezug auf das in den 1 bis 10 gezeigte Ausführungsbeispiel bereits beschrieben wurden, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht noch einmal im Detail erläutert.In 11 Another embodiment of a development station 105, a device for additive manufacturing, is shown. Components that are related to the 1 to 10 shown embodiment have already been described, bear the same reference numerals and are not explained again in detail.

Die Entwicklungsstation 105 weist eine Pulver-Aufladeeinheit 132 zur triboelektrischen Aufladung der Pulveranteile auf. Die Pulver-Aufladeeinheit 132 ist als Magnetbürstensystem ausgebildet. Der elektrostatisch aufzuladende Pulveranteil wird zwischen den Walzen 132a, 132b der Pulver-Aufladeeinheit 132 geführt und hierbei triboelektrisch aufgeladen. Das aufgeladene Pulver wird auf die geerdete Basisplatte 31 in Form einer Pulverschicht aufgebracht. Zur Aufladung unterschiedlicher Pulveranteile mit unterschiedlicher Polarität werden die zwei unterschiedlichen Pulver P1, P2 verwendet, die bei triboelektrischer Aufladung jeweils mit unterschiedlicher Polarität aufgeladen werden. Zur Erzeugung aufeinanderfolgender Produkt-Schichten werden daher alternierend die Pulver P1, P2 verwendet, sodass die jeweiligen Pulveranteile mit unterschiedlicher Polarität aufgeladen werden. Mittels der triboelektrischen Aufladung der Pulver P1, P2 können Pulveranteile mit einer Schichtdicke von mehr als dem Zweifachen des mittleren Partikeldurchmessers der jeweiligen Pulver P1, P2 aufgetragen werden. Beispielsweise können Schichtdicken zwischen von etwa 1 bis etwa 5 mittleren Partikeldurchmessern aufgetragen werden.The development station 105 has a powder charging unit 132 for triboelectrically charging the powder components. The powder charging unit 132 is designed as a magnetic brush system. The powder component to be electrostatically charged is guided between the rollers 132a, 132b of the powder charging unit 132 and is thereby triboelectrically charged. The charged powder is applied to the grounded base plate 31 in the form of a powder layer. To charge different powder components with different polarities, the two different powders P1, P2 are used, which are each charged with different polarities when triboelectrically charged. To produce successive product layers, the powders P1, P2 are therefore used alternately so that the respective powder components are charged with different polarities. By means of the triboelectric charging of the powders P1, P2, powder fractions can be applied with a layer thickness of more than twice the average particle diameter of the respective powders P1, P2. For example, layer thicknesses of between about 1 and about 5 average particle diameters can be applied.

Die Pulver P1, P2 sind beispielsweise Pulverformulierungen mit Polymerpartikeln, die mit geeigneten Ladungssteuerungsstoffen, insbesondere mit funktionalisierten Silikapartikeln, beschichtet sind. Die Pulver P1, P2 weisen beispielsweise ein Grundpulver in Form eines kommerziell erhältlichen Polymerpulvers auf. Für die triboelektrische Aufladung mit unterschiedlichen Polaritäten sind die Grundpulver jeweils mit anderen Ladungsteuerungsstoffen, insbesondere anderen funktionalisierten Silikapartikeln, beschichtet. Für die triboelektrische Aufladung mit negativer Polarität ist das Grundpulver beispielsweise mit einer Mischung aus Hexamethyldisilazan (HMDS) und Polydimethylsiloxan (PDMS) beschichtet. Für die triboelektrische Aufladung mit positiver Polarität ist das Grundpulver beispielsweise mit einer Mischung aus Polydimethylsiloxan (PDMS) und Stickstoffverbindungen - NR2 und - NR3 beschichtet. Der Anteil der funktionalisierten Silikapartikel beträgt jeweils zwischen 0,05 Gew.-% und 1 Gew-% bezogen auf die Masse des Polymers. Die funktionalisierten Polymerpulver dienen beispielsweise als Trägerpolymere für einen oder mehrere pharmazeutische Wirkstoffe.The powders P1, P2 are, for example, powder formulations with polymer particles that are coated with suitable charge control substances, in particular with functionalized silica particles. The powders P1, P2 have, for example, a base powder in the form of a commercially available polymer powder. For triboelectric charging with different polarities, the base powders are each coated with other charge control substances, in particular other functionalized silica particles. For triboelectric charging with different polarities, the base powders are each coated with other charge control substances, in particular other functionalized silica particles. For triboelectric charging with negative polarity, the base powder is coated with a mixture of hexamethyldisilazane (HMDS) and polydimethylsiloxane (PDMS). For triboelectric charging with positive polarity, the base powder is coated with a mixture of polydimethylsiloxane (PDMS) and nitrogen compounds - NR 2 and - NR 3. The proportion of functionalized silica particles is between 0.05% and 1% by weight based on the mass of the polymer. The functionalized polymer powders serve, for example, as carrier polymers for one or more pharmaceutical active ingredients.

In 12 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines additiv gefertigten Medizinprodukts 101 in Form einer Prothese gezeigt. Das Medizinprodukt 101 weist einen Produkt-Grundkörper 102 aus Komponenten 103, 104 auf. Der Produkt-Grundkörper 102 ist aus metallischem Werkstoff, beispielsweise Titan, additiv gefertigt. An aus medizinischer Sicht relevanten Positionen weist die Prothese 101 Wirkstoffbereiche 105 bis 108 auf. Die Wirkstoffbereiche 105 bis 108 wurden aus mindestens einem pharmazeutischen Wirkstoff enthaltenden Pulver auf der Oberfläche des Produkt-Grundkörpers 102 mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens additiv gefertigt. Die additive Fertigung des Produkt-Grundkörpers 102 und der Wirkstoffbereiche 105 bis 108 kann separat, insbesondere sequentiell, erfolgen, um zu verhindern, dass die in den Wirkstoffbereichen 105 bis 108 enthaltenen pharmazeutischen Wirkstoffe der für die Verarbeitung des Produkt-Grundkörper-Werkstoffs erforderlichen Temperaturen ausgesetzt sind.In 12 shows a schematic of an embodiment of an additively manufactured medical product 101 in the form of a prosthesis. The medical product 101 has a product base body 102 made of components 103, 104. The product base body 102 is additively manufactured from a metallic material, for example titanium. The prosthesis 101 has active ingredient regions 105 to 108 at positions that are relevant from a medical point of view. The active ingredient regions 105 to 108 were additively manufactured from at least one powder containing pharmaceutical active ingredient on the surface of the product base body 102 using the method described above. The additive manufacturing of the product base body 102 and the active ingredient regions 105 to 108 can take place separately, in particular sequentially, in order to prevent the pharmaceutical active ingredients contained in the active ingredient regions 105 to 108 from being exposed to the temperatures required for processing the product base body material.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist durch unterschiedliche Schraffuren dargestellt, dass die Wirkstoffbereiche 105 bis 108 aus unterschiedlichen Pulvern gefertigt sind. Insbesondere können die jeweiligen Pulver verschiedene Trägerpolymere und/oder verschiedene pharmazeutische Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkonzentrationen aufweisen.In the embodiment shown, different hatching shows that the active ingredient regions 105 to 108 are made of different powders. In particular, the respective powders can have different carrier polymers and/or different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations.

Zwischen den Wirkstoffbereichen 105, 107 und den Komponenten 103, 104 ist ein Übergangsbereich 109 ausgebildet, in welchem ein gradierter Übergang zwischen den jeweiligen Materialien erfolgt. Zur Fertigung des Übergangsbereichs 109 werden Pulveranteile des Pulvers für den Produkt-Grundkörper 102 und des Pulvers für die Wirkstoffbereiche 105, 107 zur Fertigung jeweiliger Produkt-Schichten in der gleichen Produktschicht auf entsprechenden Flächenbereichen der Auftragsfläche aufgetragen und verfestigt.A transition region 109 is formed between the active ingredient regions 105, 107 and the components 103, 104, in which a graduated transition between the respective materials takes place. To produce the transition region 109, powder portions of the powder for the product base body 102 and the powder for the active ingredient regions 105, 107 are applied and solidified to corresponding surface areas of the application surface for producing respective product layers in the same product layer.

Die Wirkstoffbereiche 106, 108 sind additiv auf die Oberfläche des zuvor gefertigten Produkt-Grundkörpers 102 aufgebracht. Die in den Wirkstoffbereichen 106, 108 enthaltenen pharmazeutischen Wirkstoffen werden nicht den für die Verarbeitung des metallischen und/oder keramischen Werkstoffs des Produkt-Grundkörpers 102 erforderlichen Temperaturen ausgesetzt. Dies erhöht die Flexibilität bei der Auswahl geeigneter Trägerpolymere und/oder pharmazeutischer Wirkstoffe. Zwischen den pharmazeutisch aktiven Bereiche 106, 108 und der Grundkörperkomponente 104 ist ein scharfer Übergang in Form einer Grenzfläche 110 ausgebildet.The active ingredient areas 106, 108 are additively applied to the surface of the previously manufactured product base body 102. The pharmaceutical active ingredients contained in the active ingredient areas 106, 108 are not exposed to the temperatures required for processing the metallic and/or ceramic material of the product base body 102. This increases the flexibility in selecting suitable carrier polymers and/or pharmaceutical active ingredients. A sharp transition in the form of an interface 110 is formed between the pharmaceutically active areas 106, 108 and the base body component 104.

In 13 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines additiv gefertigten Pharmazeutikums 201 in Form einer Tablette gezeigt.In 13 an embodiment of an additively manufactured pharmaceutical 201 in the form of a tablet is shown schematically.

Das Pharmazeutikum 201 weist zwei Wirkstoffbereiche 202, 203 auf, die aus unterschiedlichen Pulvern gefertigt sind. In die Wirkstoffbereiche 202, 203 ist zudem ein dritter Wirkstoffbereich 204 und ein vierter Wirkstoffbereich 205 eingebettet, die wiederum aus unterschiedlichen Pulvern gefertigt sein können. Die eingebetteten Wirkstoffbereiche 204, 205 sind in den Wirkstoffbereichen 202, 203 vollständig eingekapselt. Zur Erzeugung der Wirkstoffbereiche 202 bis 205 können insbesondere unterschiedliche Wirkstoffpulver und/oder unterschiedliche Mischungen von pharmazeutischen Wirkstoffen mit Trägerpolymeren verwendet werden. Beispielsweise weisen die jeweiligen Pulver unterschiedliche Trägerpolymere, unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe und/oder unterschiedliche Wirkstoffkonzentrationen auf. Die unterschiedlichen Wirkstoffbereiche 202 bis 205 ermöglichen daher die Abgabe unterschiedlichen Wirkstoffs, insbesondere mit unterschiedlichen Abgaberaten und/oder zu unterschiedlichen Abgabezeiten. Insbesondere die eingebetteten Wirkstoffbereiche 204, 205 ermöglichen eine zeitlich stark verzögerte Abgabe des darin enthaltenen Wirkstoffs.The pharmaceutical 201 has two active ingredient areas 202, 203, which are made from different powders. A third active ingredient area 204 and a fourth active ingredient area 205 are also embedded in the active ingredient areas 202, 203, which in turn can be made from different powders. The embedded active ingredient areas 204, 205 are completely encapsulated in the active ingredient areas 202, 203. In particular, different active ingredient powders and/or different mixtures of pharmaceutical active ingredients with carrier polymers can be used to produce the active ingredient areas 202 to 205. For example, the respective powders have different carrier polymers, different pharmaceutical active ingredients and/or different active ingredient concentrations. The different active ingredient areas 202 to 205 therefore enable the release of different active ingredients, in particular at different release rates and/or at different release times. In particular, the embedded active ingredient regions 204, 205 enable a greatly delayed release of the active ingredient contained therein.

Zwischen dem Wirkstoffbereich 202 und dem darin eingebetteten Wirkstoffbereich 204 ist ein Übergangsbereich 206 ausgebildet. Ebenso sind Übergangsbereiche 207, 208 zwischen den Wirkstoffbereichen 202, 205 und 203 ausgebildet. In den Übergangsbereichen 206, 207, 208 liegt ein gradierter Übergang zwischen den jeweiligen unterschiedlichen pharmazeutischen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen vor. Zwischen den Wirkstoffbereichen 202 und 203 ist eine Trennzone 209 mit scharfem Übergang zwischen den Wirkstoffbereichen 202 und 203 ausgebildet.A transition region 206 is formed between the active ingredient region 202 and the active ingredient region 204 embedded therein. Transition regions 207, 208 are also formed between the active ingredient regions 202, 205 and 203. In the transition regions 206, 207, 208 there is a graded transition between the respective different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations. A separation zone 209 with a sharp transition between the active ingredient regions 202 and 203 is formed between the active ingredient regions 202 and 203.

Claims (21)

Verfahren zur additiven Fertigung eines medizinischen und/oder pharmazeutischen Produkts, mit den Schritten - Bereitstellen mindestens eines Pulvers (P1, P2), das mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff aufweist, und - Erzeugen mindestens einer Produkt-Schicht (B1, B2, B3) des zu fertigenden Produkts, wobei zur Erzeugung einer Produkt-Schicht (B1, B2, B3) mindestens ein Pulveranteil (A1, A2, A3) des mindestens einen Pulvers (P1, P2) aufgetragen und verfestigt wird, wobei zur Auftragung des mindestens einen Pulveranteils (A1, A2, A3) -- der Pulveranteil (A1, A2, A3) elektrostatisch aufgeladen wird, -- eine Auftragseinheit (7) zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladen wird, und -- der elektrostatisch aufgeladene Pulveranteil (A1, A2, A3) mittels der zumindest bereichsweise elektrostatisch aufgeladenen Auftragseinheit (7) aufgenommen und auf eine Auftragsfläche (F) übertragen wird.Method for the additive manufacturing of a medical and/or pharmaceutical product, comprising the steps of - providing at least one powder (P1, P2) which has at least one pharmaceutical active ingredient, and - producing at least one product layer (B1, B2, B3) of the product to be manufactured, wherein to produce a product layer (B1, B2, B3) at least one powder portion (A1, A2, A3) of the at least one powder (P1, P2) is applied and solidified, wherein to apply the at least one powder portion (A1, A2, A3) -- the powder portion (A1, A2, A3) is electrostatically charged, -- an application unit (7) is electrostatically charged at least in some areas, and -- the electrostatically charged powder portion (A1, A2, A3) is picked up by means of the application unit (7) which is electrostatically charged at least in some areas and transferred to an application surface (F). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Pulver (P1, P2) bereitgestellt und zur Erzeugung der mindestens einen Produkt-Schicht (B1, B2, B3) verwendet werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that at least two powders (P1, P2) are provided and used to produce the at least one product layer (B1, B2, B3). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Pulver (P1, P2) unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe und/oder unterschiedliche Wirkstoffkonzentrationen aufweisen.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the at least two powders (P1, P2) have different pharmaceutical active ingredients and/or different active ingredient concentrations. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Produkt-Schicht (B1, B2, B3) jeweils Pulveranteile (A1, A2, A3) der mindestens zwei Pulver (P1, P2) auf die Auftragsfläche (F), insbesondere in unterschiedlichen Flächenbereichen der Auftragsfläche (F), aufgetragen werden.Method according to one of the Claims 2 or 3 , characterized in that to produce a product layer (B1, B2, B3) powder portions (A1, A2, A3) of the at least two powders (P1, P2) are applied to the application surface (F), in particular in different surface areas of the application surface (F). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Produktbereichen (102, 105, 106, 107, 108; 202, 203, 204, 205), die aus unterschiedlichen Pulvern (P1, P2) gefertigt werden, ein Übergangsbereich (109; 206, 207, 208) mit gradierten Übergang zwischen den jeweiligen Pulvern (P1, P2) gefertigt wird.Procedure according to one of the Claims 2 until 4 , characterized in that between product areas (102, 105, 106, 107, 108; 202, 203, 204, 205) which are manufactured from different powders (P1, P2), a transition area (109; 206, 207, 208) with a graded transition between the respective powders (P1, P2) is manufactured. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Pulver (P1, P2) ein Trägerpolymer und den mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff aufweist, wobei der mindestens eine pharmazeutische Wirkstoff insbesondere einen Anteil zwischen 1 Gew.-% und 50 Gew.-% in dem Pulver (P1, P2) hat.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one powder (P1, P2) comprises a carrier polymer and the at least one pharmaceutical active ingredient, wherein the at least one pharmaceutical active ingredient in particular has a proportion of between 1% by weight and 50% by weight in the powder (P1, P2). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere metallischer oder keramischer, Produkt-Grundkörper (104) bereitgestellt wird, auf dem die mindestens eine Produkt-Schicht erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a product base body (104), in particular a metallic or ceramic one, is provided on which the at least one product layer is produced. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Produkt-Grundkörper (104) aus mindestens einem Pulver additiv gefertigt ist, insbesondere mittels elektrofotografischen Pulverauftrags.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the product base body (104) is additively manufactured from at least one powder, in particular by means of electrophotographic powder application. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgetragenen Pulveranteile (A1, A2, A3) selektiv aufgeschmolzen werden, insbesondere mittels selektiven Laserschmelzens.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the applied powder components (A1, A2, A3) are selectively melted, in particular by means of selective laser melting. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene zur Erzeugung der mindestens einen Produkt-Schicht (B 1, B2, B3) aufzutragende Pulveranteile (A1, A2, A3) mit unterschiedlicher Polarität elektrostatisch aufgeladen werden, wobei insbesondere die zur Erzeugung aufeinanderfolgender Produkt-Schichten (B 1, B2, B3) aufzutragenden Pulveranteile (A1, A2, A3) mit alternierender Polarität elektrostatisch aufgeladen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that different powder portions (A1, A2, A3) to be applied to produce the at least one product layer (B 1, B2, B3) are electrostatically charged with different polarities, wherein in particular the powder portions (A1, A2, A3) to be applied to produce successive product layers (B 1, B2, B3) are electrostatically charged with alternating polarities. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnehmen und/oder Übertragen des elektrostatisch aufgeladenen Pulveranteils (A1, A2, A3) mittels der Auftragseinheit (7) berührungslos erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the picking up and/or transferring of the electrostatically charged powder portion (A1, A2, A3) by means of the application unit (7) takes place without contact. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulveranteil (A1, A2, A3) an der Auftragseinheit (7) temperiert wird, insbesondere mittels einer Temperiereinheit (15) der Auftragseinheit (7).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the powder portion (A1, A2, A3) is tempered at the application unit (7), in particular by means of a tempering unit (15) of the application unit (7). Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Übertragen des Pulveranteils (A1, A2, A3) auf die Auftragsfläche (F) ein elektrisches Transferfeld (E) zwischen der Auftragseinheit (7) und einer Übertragungsstruktur (39) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an electric transfer field (E) is generated between the application unit (7) and a transfer structure (39) for transferring the powder portion (A1, A2, A3) to the application surface (F). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragseinheit (7) mechanisch angeregt wird, nachdem das elektrische Transferfeld (E) vollständig aufgebaut ist.Procedure according to Claim 13 , characterized in that the application unit (7) is mechanically excited after the electric transfer field (E) has been completely built up. Pharmazeutikum, hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche.A pharmaceutical prepared by a process according to any one of the preceding claims. Pharmazeutikum nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch mehrere Produktbereiche (202, 203, 204, 205) mit unterschiedlichen pharmazeutischen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen.Pharmaceutical according to Claim 15 , characterized by several product areas (202, 203, 204, 205) with different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations. Pharmazeutikum nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Produktbereiche (204, 205) in einem anderen Produktbereich (202, 203) eingebettet, insbesondere vollständig eingekapselt, ist.Pharmaceutical according to Claim 16 , characterized in that one of the product areas (204, 205) in another product area rich (202, 203), in particular completely encapsulated. Pharmazeutikum nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen verschiedenen Produktbereichen (202, 203, 204, 205) ein Übergangsbereich (206, 207, 208) mit gradiertem Übergang zwischen den unterschiedlichen pharmazeutischen Wirkstoffen und/oder Wirkstoffkonzentrationen ausgebildet ist.Pharmaceutical according to one of the Claims 16 or 17 , characterized in that between different product areas (202, 203, 204, 205) a transition area (206, 207, 208) with a graded transition between the different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations is formed. Medizinprodukt, hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Medical device manufactured by a process according to one of the Claims 1 until 14 . Medizinprodukt nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Produkt-Grundkörper (104), insbesondere aus Metall oder Keramik, auf dessen Oberfläche zumindest ein einen pharmazeutischen Wirkstoff enthaltender Produktbereich (105, 106, 107, 108) additiv gefertigt wurde.Medical device according to Claim 19 , characterized by a product base body (104), in particular made of metal or ceramic, on the surface of which at least one product region (105, 106, 107, 108) containing a pharmaceutical active ingredient has been additively manufactured. Medizinprodukt nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch mehrere auf dem Produkt-Grundkörper (104) additiv gefertigte Produktbereiche (105, 106, 107, 108), die insbesondere unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe und/oder Wirkstoffkonzentrationen aufweisen.Medical device according to Claim 20 , characterized by a plurality of product areas (105, 106, 107, 108) additively manufactured on the product base body (104), which in particular have different pharmaceutical active ingredients and/or active ingredient concentrations.
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