DE4102258A1 - Verfahren zur herstellung einer negativform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur Herstellung beliebig ge­ formter Kunststoffteile, bestehend aus einer mit einer durch energiereiche Strahlung aushärtbaren Flüssigkeit ge­ füllten Wanne, einer innerhalb der Flüssigkeit verschieb­ lichen Halterung für den Körper und einer Strahlungsquelle für die energiereiche Strahlung, insbesondere einem Laser. Der Laser dient der örtlichen Aushärtung der Flüssigkeit und läßt sich dazu gezielt auf vorgegebene Flächenelemente der Flüssigkeitsoberfläche richten, so daß dort Schichten aushärtbar sind, deren Eindringtiefe in die Flüssigkeit von der Intensität und der Überstreichungsgeschwindigkeit des Laserstrahls abhängt. Die Halterung taucht dabei, aus­ gehend von der Flüssigkeitsoberfläche vertikal in die Flüssigkeit ein und bewirkt somit, daß die bereits ausge­ härteten Schichten in die Flüssigkeit einsinken. Die Steuerung des Laserstrahls erfolgt in Abhängigkeit von den Oberflächenkoordinaten des herzustellenden Körpers.

Durch die bekannte Vorrichtung lassen sich auch kompli­ ziert geformte Kunststoffteile einstückig erzeugen. Die Schwierigkeit, die eine breite Anwendung bisher verhinder­ te, liegt dabei hauptsächlich bei der Erfassung der für die Steuerung der Bewegungsabläufe des Laserstrahls erfor­ derlichen Oberflächenkoordinaten des herzustellenden Kunststoffteiles. Nachteilig ist weiterhin, daß die strah­ lungsaushärtbaren Flüssigkeiten aus körperunverträglichen Kunststoffen bestehen. Eine Anwendung in der Medizintech­ nik kam daher bisher kaum in Betracht. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der DE 39 33 142 A1 be­ kannt, mit der ein einem Körper bzw. einem Körperteil ei­ nes Lebewesens angepaßtes Modell erzeugbar ist. Insbeson­ dere sollen mit dem damit erzeugten Modell chirurgische Eingriffe simuliert werden. Mittels eines Schnittbildgerä­ tes werden zunächst Schnittbilder von dem Körper bzw. dem Körperteil des Lebewesens angefertigt. Aus diesen werden dann Daten für die dreidimensionale Gestalt des Körper­ teils gewonnen, anhand derer mittels eines Modellgenera­ tors das Modell durch Urfomen aus einem Modellwerkstoff derart erzeugt wird, daß das Modell für jedes Volumenele­ ment des Körperteils ein entsprechendes Volumenelement ei­ nes Modellwerkstoffs enthält. Der Modellgenerator besteht dabei aus einer Lichtquelle, einer Halterung sowie aus ei­ ner durch Licht aushärtbaren Flüssigkeit. Der Körper wird damit im wesentlichen entsprechend der eingangs genannten Vorrichtung zur Herstellung beliebig geformter Teile er­ zeugt.

Diese Vorrichtung hat zum einen den Nachteil, daß nur sehr dünne Schichten mit geringen Festigkeiten aushärtbar sind, so daß viele einzelne Schichten während des Herstellungs­ prozesses des Modells erzeugt werden müssen. Das Verfahren weist dadurch eine nur geringe Aushärteleistung auf und ist somit unwirtschaftlich. Der Einsatzbereich ist dadurch eingeschränkt. Weiterhin besteht auch bei diesem Verfahren die lichtaushärtbare Flüssigkeit aus körperunverträglichem Kunststoff. Desweiteren ist der Lichtstrahl nicht auslenk­ bar, da sonst die Aushärtemöglichkeiten sich weiter ver­ schlechtern würden. Insbesondere lassen sich mit der be­ kannten Vorrichtung nicht solche Teile erzeugen, welche aus einem anderen Werkstoff bestehen als das durch Strah­ lung aushärtbare Material.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Negativformen, insbesondere Masken, Schablonen, Halterungen und Verbindungselemente aller Art, anzugeben, welche entweder an eine vorgegebene Form, die einem bildgebenden Verfahren erfaßbar ist, anlegbar sind oder aus der sich der mit dem bildgebenden Verfahren abge­ nommenen Form entsprechendes Erzeugnis ohne weiteres Ab­ formen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch Stereolithographie zwar beliebige Formen, die auch ineinander verschlungen sein können, in positiver Form er­ zeugen lassen. Allerdings genügt das durch Strahlung aus­ härtbare Material nicht allen Anforderungen - und ist ins­ besondere nicht körperverträglich.

Unter Zuhilfenahme der bekannten Vorrichtung zur Herstel­ lung beliebig geformter Körper können unter Zugriff auf einen Speicher, die von der Herstellung bzw. Untersuchung eines Orginalkörpers vorhandenen Daten in Steuerungsdaten umgesetzt werden, so daß Negativformen schnell, kostengün­ stig und individuell herstellbar sind, von denen dann ge­ gebenenfalls auch mehrere Werkstücke abgeformt werden kön­ nen.

Die bekannte Vorrichtung zur Herstellung beliebig geform­ ter Körper, besteht dabei aus einer mit einer durch ener­ giereiche Strahlung aushärtbaren Flüssigkeit gefüllten Wanne, einer innerhalb der Flüssigkeit verschieblichen Halterung für den Körper und einer Strahlungsquelle für die energiereiche Strahlung, insbesondere einem Laser. Der Laser dient der örtlichen Aushärtung der Flüssigkeit und läßt sich dazu gezielt auf vorgegebene Flächenelemente der Flüssigkeitsoberfläche richten, so daß dort Schichten aus­ härtbar sind, deren Eindringtiefe in die Flüssigkeit von der Intensität und der Überstreichgeschwindigkeit des La­ serstrahls abhängt. Die Halterung taucht dabei, ausgehend von der Flüssigkeitsoberfläche vertikal in die Flüssigkeit ein und bewirkt somit, daß die bereits ausgehärteten Schichten in die Flüssigkeit einsinken. Die Steuerung des Laserstrahls erfolgt in Abhängigkeit von der Oberflächen­ gestaltung des herzustellenden Körpers.

Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß sich die Vorteile der Stereolithografie auch auf Bauelemente übertragen lassen, deren Form nicht unmittel­ bar mit einem bildgebenden Verfahren mittels Computer auf­ nehmbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vor allem durch universelle Einsetzbarkeit aus. Auch sehr kompli­ ziert geformte Körper sind einstückig erzeugbar. Aufgrund ihres Funktionsprinzips lassen sich mit der Vorrichtung, insbesondere dünnwandige, flächige, vorzugsweise stark ge­ krümmte Gebilde vorteilhaft erzeugen. Dadurch eignet sich die Vorrichtung ganz besonders zur Herstellung von Nega­ tivformen jeglicher Art.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die die Oberflächen­ koordinaten betreffenden Daten der vorzugsweise computer­ gesteuert hergestellten Teile in einen Speicher eingelesen und dort Steuerungsdaten zum Aktivieren und zur Auslenkung der Strahlungsquelle zugeordnet werden. Auf diese Weise ist eine Negativform und damit auch eine Maske als Abfor­ mung der Oberfläche oder eines Bereichs der Oberfläche des Teils oder der zu montierenden, zu haltenden oder zu posi­ tionierenden Teile erzeugbar.

Gemäß anderen bevorzugten Weiterbildungen ist die erzeugte Negativform elastisch, so daß sie vom beliebig geformten Werkstück "heruntergekrempelt" werden kann oder wird - im Falle der Verlustform - mit nutenartigen äußeren Soll­ bruchstellen versehen, so daß sie auf einfache Weise ent­ fernt werden kann, wenn der zu erzeugende Körper fertigge­ stellt ist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist sie aus einem spröden, durch Schlagwirkung in scher­ benartige Bruchstücke durch die energiereiche Strahlung aushärtenden Werkstoff hergestellt.

Insbesondere sind folgende vorteilhafte Weiterbildungen günstig: Da die erreichbare Qualität der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Masken außerordentlich hoch ist und aufgrund der eingangs geschilderten Leistungemerkmale der verwendeten Vorrichtung, ist auch eine Erweiterung des An­ wendungsbereiches von Negativformen unterschiedlichster Bauart für Montagezwecke, temporäre Halterung, Positionie­ rung und dergleichen möglich. Durch die verstärkte Anwen­ dung von als Schablonen ausgebildeten Negativformen ist gleichzeitig eine Verringerung der Montagezeiten und eine Verbesserung der Exaktheit der Verbindungsstellen erreich­ bar.

Bei Anwendung in der Chirurgie ist mit der Zeitersparnis auch eine Verringerung der Narkosezeiten verbunden. Außer­ dem sind die Teile patientenindividuell herstellbar. Es lassen sich alle Arten von Körperersatzteilen herstellen, welche aus einem in einer Form aushärtbaren Werkstoff her­ gestellt werden können.

In anderen Fällen ist die vom zu behandelnden Organ abge­ leitete Negativform auch selbst zur Behandlung einsetzbar, wie beispielsweise in Form von Knochenplatten oder Organe bzw. Körperteile umklammernden Elementen.

Die Eingabedaten zur Steuerung der Vorrichtung können, entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung mittels einer externen Eingabevorrichtung geändert, ergänzt und/oder vervollständigt werden. Dadurch ist die Negativform örtlich geometrisch modifizierbar, so daß sich beispielsweise gezielt Bohrlöcher oder Führungsstege für Montagewerkzeuge auf der Negativform erzeugen lassen.

Verbleibt die Negativform längere Zeit im oder am Körper eines Patienten, muß diese eine große Gewebeverträglich­ keit aufweisen. Vorzugsweise wird in diesen Fällen in ei­ nem zusätzlichen Verfahrensschritt die Negativform durch eine Beschichtung mit biokompatiblem, körperverträglichem Material hergestellt. Dabei werden den Oberflächenkoordi­ naten im Speicher derartige Steuerungsdaten zugeordnet, daß die Negativform in bezug auf ihre endgültigen Abmes­ sungen um eine Schichtdicke verkleinert erzeugt wird. Ins­ besondere durch Aufdampfen wird abschließend eine gleich­ mäßige Schichtdicke auf die Oberfläche aufgebracht.

In einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird in diesem Fall bevorzugt eine Flüs­ sigkeit verwendet, die mittels energiereicher Strahlung direkt zu einer mindestens zeitweise biokompatiblen, kör­ perverträglichen Negativform aushärtet, so daß die Nega­ tivform ohne weitere Zwischenschritte direkt aus der Flüs­ sigkeit erzeugt wird und für die Zeit des Heilungsvorgangs im oder am Körper verbleiben kann.

Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante wird die Negativform aus einer mittels energiereicher Strahlung aushärtbaren Flüssigkeit erzeugt, die zu einer resorbier­ baren Negativform aushärtet. Die Verwendung einer resor­ bierbaren Negativform ist immer dann vorteilhaft, wenn die Wirkung der mitimplantierten Negativform nur während eines begrenzten Zeitraumes erforderlich ist. Nach Ablauf dieses Zeitraumes wird die Negativform allmählich durch physiolo­ gische Prozesse abgebaut, wodurch sich eine operative Ent­ fernung der Negativform erübrigt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung werden die Oberflächenkoordinaten der Teile compu­ tertomographisch ermittelt, in den Speicher eingelesen so­ wie den Steuerungsdaten zum Aktivieren und Auslenken der Strahlungsquelle zugeordnet. Dadurch werden die bei Unter­ suchungen des Patienten ermittelten Oberflächenkoordinaten direkt dem Speicher zugeführt, so daß schnell und ohne weitere zusätzliche Maßnahmen die Negativform gefertigt werden kann. Insbesondere werden die Oberflächenkoordina­ ten zum einen aus einem symmetrisch beim Patienten vorhan­ denen Knochenteil computertomographisch ermittelt. Deswei­ teren werden die Oberflächenkoordinaten für die Negativform aus der Synthese von Oberflächenkoordinaten von Bruchstüc­ ken eines zertrümmerten Knochenteils computertomografisch nach geometrischer gegenseitiger Anpassung der Daten im Hinblick auf eine geschlossene Oberflächenform ermittelt. Dadurch können in einem Arbeitsgang die Knochenbrüche festgestellt und die erforderlichen Oberflächenkoordinaten für die für die Osteosynthese vorgesehene Negativform ge­ wonnen werden.

Mit dem erfindungemäßen Verfahren werden insbesondere eine patientenindividuelle Knochenplatte für die Osteosyn­ these oder eine korsettartige Halterung für ein Knochen­ teil ebenfalls für die Osteosynthese erzeugt. Das Anwen­ dungsgebiet des Verfahrens ist sehr umfangreich, da jede beliebige Negativform schnell, kostengünstig und beanspru­ chungsgerecht hergestellt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu­ sammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema eines vorteilhaften Ausführungs­ beispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer Negativ­ form unter Verwendung einer Vorrichtung zur Bearbeitung laseraushärtbarer Flüssigkeit,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bearbeitung der laseraushärtbaren Flüssigkeit als De­ tail aus Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Übersicht verschiedener mögli­ cher Verfahrensabläufe sowie Fig. 4 ein Fließschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer Endoprothese bei Verwen­ dung einer Negativform.

Das in Fig. 1 dargestellte Fließschema zeigt ein Ausfüh­ rungsbeispiel eines Fertigungsablaufes zur Herstellung ei­ ner als Verbindungshilfsmittel dienenden Negativform, die als Ausricht- bzw. Anlagevorrichtung ausgebildet ist.

Zunächst werden mindestens die geometrischen Daten der Ober­ fläche der mittels der zu erzeugenden Vorrichtung zu ver­ bindenden Teile 1a und 1b, insbesondere von Knochenfrag­ menten, erfaßt. Diese Teile sollen dann später mittels der als Schiene dienenden, durch die strahlungsaushärtende Vorrichtung erzeugte Anlagevorrichtung 2 verbunden werden. Die betreffenden geometrischen Daten werden vorzugsweise computertomografisch oder mittels eines anderen bildgeben­ den Verfahren erfaßt. Sie werden als Daten, bezogen auf einen jeweiligen Betrachtungsquerschnitt schichtweise er­ mittelt und in entsprechenden Speicherbereichen eines Pro­ zessors abgelegt. Als "Schichtbilder" enthalten sie minde­ stens Angaben darüber, ob ein bestimmter Bereich eines Querschnitts mit Material erfüllt ist oder leer ist. Die ermittelten Daten werden also einem einen Speicher aufwei­ senden Rechner 3 zugeführt. Die Datenerfassung erfolgte da­ bei mit Hilfe einer computertomographischen Einrichtung 4. Der Rechner 3 setzt die Daten in Ansteuersignale für einen Laser 12 (Fig. 2) und einer siebartigen Halterung 11 (Fig. 2) einer Vorrichtung 5 zur Bearbeitung laseraus­ härtbarer Flüssigkeit um. Dies erfolgt dadurch, daß die "leeren Raum" kennzeichnenden Daten zu Ansteuersignalen des Lasers 12 umgesetzt werden, wenn er bei der schichtweisen Herstellung der Anlagevorrichtung die betreffenden Berei­ che erreicht.

Die somit erhaltenen Daten werden zum Aktivieren und Aus­ lenken des Lasers 12, herangezogen und werden durch einen Umsetzer in Steuersignale umgesetzt. Änderungen, Ergänzun­ gen und/oder eine Vervollständigung der Ansteuersignale zum Aktivieren und zur Auslenkung des Lasers 12 (Fig. 2) lassen sich mittels einer externen Eingabevorrichtung 6 hinzufügen, um nachträglich kleine Anpassungen oder Verän­ derungen vorzunehmen. Mit dieser Eingabevorrichtung 6 wer­ den dann die Oberflächenkoordinaten der zur Führung von Schrauben dienenden Bohrlöcher 7 zu erzeugenden Anlagevor­ richtung 2 eingegeben, denen ebenfalls entsprechende Steue­ rungsdaten für den Laser zugeordnet sind. Die fertige An­ lagevorrichtung 2 läßt sich an markante Ausformungen der beiden Knochenfragmente 1a und 1b in bestimmter Weise an­ legen, wodurch sich diese zueinander positionieren lassen. Die Anlagevorrichtung 2 wird anschließend durch die Bohr­ löcher 7 mit beiden Knochenfragmenten 1a und 1b ver­ schraubt. Vorzugsweise besteht die Anlagevorrichtung 2 aus resorbierbarem Material, so daß diese nach dem Zusammen­ wachsen der Knochenfragmente 1a und 1b abgebaut wird.

Auf diese Weise läßt sich eine Stütz- oder Anlagevorrich­ tung schaffen, welche vollständig an die zu unterstützende Anordnung in ihrer Endform angepaßt ist und somit eine Verbindung in optimaler Position sicherstellt.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 5 zur Bearbei­ tung laseraushärtender Flüssigkeit als Detail zu Fig. 1. Die Vorrichtung 5 besteht im wesentlichen aus einer ka­ stenförmigen Wanne 8, die mit einer laseraushärtenden Flüssigkeit 9 gefüllt ist, einer innerhalb der Flüssigkeit 9, senkrecht zu deren Oberfläche 10 verschieblichen sie­ bartigen Halterung 11 und einem Laser 12, dessen härtender Strahl 13 auf die Flüssigkeitsoberfläche 10 gerichtet ist. Der Laserstrahl 13 ist derart auslenkbar, daß auf der Flüssigkeitsoberfläche 10 Konturen 14 aushärtbar sind, die schichtweise die Oberfläche der herzustellenden Maske 2 begrenzen, wobei die Halterung 11 ausgehend von der Flüs­ sigkeitsoberfläche 10 mit der Aushärtegeschwindigkeit senkrecht zur Oberfläche 10 in die Flüssigkeit 9 ein­ taucht. Die Form der herzustellenden Maske 2 wird von den Bewegungsabläufen des Laserstrahls 13 bestimmt. Im Rahmen des Auslenkungsbereichs des Laserstrahls 13 ist mit dieser Vorrichtung 5 bei entsprechender Wannengröße jede beliebig geformte Maske oder Negativform generierbar.

Mit der Vorrichtung 5 wird gemäß einer vorteilhaften Wei­ terbildung des Verfahrens eine Knochenplatte für die Osteosynthese mit biokompatibler Oberfläche erzeugt. Dabei wird die Knochenplatte um eine vorgegebene Schichtdicke in bezug auf die endgültigen Abmessungen der Knochenplatte verkleinert hergestellt. Die die Raumform beschreibenden Daten werden aus der Synthese von den die Raumform der einzelnen Frakturelemente des gebrochenen Knochenteils nach gegenseitiger geometrischer Anpassung der Daten im Hinblick auf eine geschlossene Oberfläche mit der compu­ tertomographischen Einrichtung 4 ermittelt und in den Speicher des Rechners 3 eingelesen. Dort werden die die Raumform beschreibenden Daten entsprechenden Steuerungsda­ ten zugeordnet, die eine um die Schichtdicke verkleinerte Herstellung der Knochenplatte durch den Laser 12 ermögli­ chen. Die Bohrlöcher 7 für die Knochenplatte werden gemäß des anhand von Fig. 1 beschriebenen Verfahrens durch Hin­ zufügung entsprechender Daten in die Steuerungsdaten er­ zeugt.

Nach der Herstellung der Knochenplatte wird diese mittels eines Aufdampfverfahrens mit einer gleichmäßigen Schicht­ dicke überzogen, so daß die Knochenplatte eine biokompati­ ble Oberfläche erhält. Die Schiene oder Vorrichtung wird bevorzugt aus einem resorbierbaren Werkstoff ausgebildet oder ist durch Sollbruchstellen bzw. Herstellung aus einem spröden Werkstoff zerstörbar, wenn sie nicht mehr ge­ braucht wird. Damit kann sie auch entfernt werden, wenn sie den zu stützenden Bereich um mehr als 180° oder in verwinkelter Form umgibt.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die nach Abnahme der Originalform mittels eines bildgebenden Verfahrens, insbesondere mit Hilfe der Computertomografie, gewonnene Datendarstellung zur Her­ stellung einer Form verwendet, welche dann ihrerseits wie­ der zur Erzeugung eines Körpers (Produkt) dient, welches in seinen geometrischen Abmessungen der Originalform ent­ spricht. Der mittels Strahlung aushärtbare Werkstoff kann zur Erzeugung einer trotz komplizierter räumlicher Ober­ flächen entfernbaren Form wiederum in verschiedener Weise günstig ausgestaltet sein. Bevorzugt ist die Form ela­ stisch, und damit durch Umstülpen entfernbar oder ist hart-spröde und damit durch Schlag zerstörbar und weist bevorzugt Sollbruchstellen auf. Dabei weist die Negativ­ form bevorzugt eine um eine vorgegebene Schichtdicke vergrö­ ßerte Abmessung auf, so daß das von der so erzeugten Form abgeformte Produkt nach Aufbringen einer Beschichtung ent­ sprechender Dicke die Originalabmessungen aufweist. Diese Beschichtung besteht im Falle der Erzeugung von Er­ satzteilen für den menschlichen Körper bevorzugt aus eine das Einwachsen begünstigenden oder die Körperverträglich­ keit heraufsetzenden Schicht.

Fig. 3 zeigt eine Übersicht über einige mögliche Verfah­ rensabläufe. Ausgehend von einer Anlage A zur Bearbeitung der laseraushärtenden Kunstoffflüssigkeit (gemäß Fig. 1) sind unterschiedliche prinzipielle Verfahrensabläufe mög­ lich:

• a) (gestrichelt dargestellt) Mit der Anlage A (gemäß Fi­ gur 2) wird eine Negativform F1 zur direkten Abformung des Produkts P1 erzeugt.
• b) (durchgezogene Linie) Mit der Anlage A wird die Nega­ tivform F₁ zur Herstellung eines Wachsmodells M1 des Pro­ dukts P1 erzeugt. Das Wachsmodell M₁ dient zur Herstellung einer weiteren Negativform F₃, nach dem Wachsausschmelz­ verfahren, die wiederum zur Herstellung des Produkts P1 benutzt wird.
• c) (gestrichelte Linie) Mit der Anlage A wird eine um die vorgegebene Schichtdicke in bezug auf das Implantat vergrößerte Negativform F2 zur Herstellung des Produkts P2a erzeugt.
• d) (durchgezogene Linie) Mit der Anlage A wird die Nega­ tivform F1 zur Herstellung eines Wachsmodells M2 der Pro­ these 2a erzeugt. Das Wachsmodell M2 dient zur Herstellung einer weiteren, um die Schichtdicke vergrößerten Negativ­ form F4, die ihrerseits wiederum zur Herstellung des Pro­ dukts P2a benutzt wird.

Die nach einem der Verfahrenschritte c) oder d) erzeugte Produkt P2a wird anschließend, da sie um eine vorgegebene Schichtdicke verkleinert ausgebildet wurde, noch mit einer körperverträglichen, biokompatiblen Beschichtung versehen. Durch die Beschichtung entsteht die gewünschte Produkt P2b, die dann die endgültigen Abmaße und eine körperver­ trägliche Oberfläche aufweist. Das Beschichten des Produkts P2b erfolgt mittels Aufdampfverfahren eines biokompatiblen Werkstoffs, wodurch eine gleichmäßige Schichtdicke gewähr­ leistet wird.

In Fig. 4 ist ein Fließschema des gemäß Punkt d) anhand der Fig. 3 beschriebenen und mit einer durchgezogenen Li­ nie veranschaulichten Fertigungsablaufes zur Herstellung einer mit biokompatiblen Werkstoff beschichteten Endopro­ these als Beispiel dargestellt. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel sind an den mittels Strahlung ausgehärteten Werk­ stoff keine besonderen Anforderungen bezüglich Resistenz bei dem nachfolgenden Gießvorgang zu stellen, da eine wei­ tere Zwischenform erzeugt wird und die so geschaffene Form nicht mit dem meist durch Erhitzen verflüssigten Werkstoff des Endprodukts in Kontakt kommt.

Im ersten Verfahrensabschnitt wird mit Hilfe einer Vor­ richtung 101 zur Bearbeitung einer laseraushärtbaren Flüs­ sigkeit eine erste Gießform 102 der herzustellenden Pro­ these erzeugt. Die Funktionsweise dieser Vorrichtung 101 ist weiter unten anhand der Fig. 3 näher erläutert. Über einen im Rechner 103 angeordneten Speicher werden die mit­ tels einer computertomographischen Einrichtung 104 ermit­ telten Oberflächenkoordinaten in zugeordnete Steuersignale zum Aktivieren und zur Auslenkung der als Laser ausgebil­ deteten Strahlungsquelle umgesetzt.

Die Oberflächenkoordinaten können dabei sowohl computerto­ mographisch gewonne Meßwerte der räumlichen Bedingungen der anzupassenden Produkte als auch die Umrisse eines un­ verletzten, gleichen bzw. spiegelsymmetrischen im Körper vorhandenden Knochens sein. Eine zusätzliche Eingabevor­ richtung 105 gestattet die Änderung bzw. Ergänzung der Da­ ten für die Ansteuersignale des Lasers derart, daß die er­ ste Gießform 102 Sollbruchstellen 106, Einfüllöffnungen 107 und Entlüftungsöffnungen 108 erhält. Weiterhin werden die Steuerungsdaten so für den Laser im Speicher über die Eingabevorrichtung geändert, daß die Negativform in bezug auf die endgültigen Abmessungen des Implantats um eine Schichtdicke vergrößert hergestellt wird. Ein im Rechner 103 integrierter Inverteres invertiert die Steuerungsdaten der Strahlungsquelle für die Einschalt- und die Auslenk­ vorgänge des Lasers, wobei die erste Gießform 102 somit direkt mit der Vorrichtung 101 herstellbar ist. Diese Gießform 102 ist aber aufgrund ihrer mangelnden Festigkeit und ihrer Kunststoffbeschaffenheit - wie erwähnt - nicht direkt als Gießform für den Produktwerkstoff geeignet, wohl aber für Wachs.

Der zweite Verfahrensabschnitt beinhaltet ein Wachsaus­ schmelzverfahren, wozu eine Vorrichtung 109 bekannter Bau­ art dient. Nach dem Einfüllen des flüssigen Wachses in die Gießform 102 und nach dem Erstarren des Wachses, wird die Gießform 102 unter Nutzung der Sollbruchstellen 106 in die Teile 102a und 102b getrennt. Der dadurch freigelegte Wachskörper 110 stellt ein genaues Modell des herzustel­ lenden Produktkörpers dar.

Die Negativform ist mehrfach (also für mehrere Wachsmodel­ le) verwendbar, wenn der durch Strahlung aushärtbare Kunststoff elastisch ist.

Der Wachskörper 110 dient in dem sich anschließenden drit­ ten Verfahrensabschnitt zur Herstellung einer weiteren, aus aushärtbaren sowie flexiblen Material gebildeten Gießform 111 - im Schnitt dargestellt -. Dieses zunächst flexible Material wird mit Hilfe einer bekannten Vorrich­ tung 112 um den eingeschlossenen Wachskörper 110 zu einer festen Konsistenz verdichtet und ausgehärtet. Anschließend wird das Wachs mit Hilfe einer Heizvorrichtung 113 durch Erwärmen verflüssigt und aus der weiteren Gießform 111 herausgepreßt. Dafür sind in der Gießform 111 mindestens zwei Öffnungen 114 und 115 vorgesehen, wobei diese bereits bei der Herstellung der weiteren Gießform 111 durch Einle­ gen von Metallrohren in das Material erzeugt worden sind.

Im weiteren Verfahrensabschnitt erfolgt in einer weiteren Vorrichtung 116 das Ausgießen des Hohlraumes 117 der wei­ teren Gießform 111 mit verflüssigtem Werkstoff. Dazu wird wiederum die Öffnung 114 genutzt, wohingegen die Öffnung 115 während des Gießvorganges mit einem Stopfen 118 ver­ schlossen bleibt. Nach dem Erkalten ist nunmehr das Pro­ dukt 119 in der weiteren Gießform 111 eingebettet - im Schnitt dargestellt. Da diese Gießform 111 wegen der indi­ viduellen Maße des Produktes ohnehin nur einmal verwendet werden kann, läßt sich das Produkt 119 am einfachsten durch das Zerstören der weiteren Gießform 111 von dieser trennen. Anschließend wird das Produkt 119 in einer Auf­ dampfanlage 121 mit biokompatiblem Material 120 so verse­ hen, daß das Produkt mit einer gleichmäßigen Beschich­ tungsdicke überzogen ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungs­ beispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer Negativform, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung, bestehend aus einer durch energiereiche Strahlung aushärtbaren Flüssigkeit ge­ füllten Wanne, einer innerhalb der Flüssigkeit in vertika­ ler Richtung verschieblichen, insbesondere tablettartigen, Halterung für einen herzustellenden Körper und einer Quel­ le für die energiereiche Strahlung, insbesondere einem La­ ser, dessen Strahl auf die Flüssigkeitsoberfläche gerich­ tet und derart auslenkbar ist, daß in der flüssigen Phase im Bereich der Oberfläche Konturen aushärtbar sind, die schichtweise das Volumen des so zu erzeugenden Körpers bilden, wobei die Halterung in im wesentlichen der Aushär­ tungstiefe entsprechenden Schritten zunehmend tiefer in die Flüssigkeit eintaucht und die die von Werkstoff ausge­ füllten Bereiche des computergesteuert herzustellenden Teils (1) kennzeichnenden Daten in einen Speicher eingele­ sen werden und anschließend die die von Werkstoff ausge­ füllten Bereiche kennzeichnenden Daten für diese Bereiche durch nicht von Werkstoff ausgefüllte Bereiche kennzeich­ nende Daten ersetzt werden, und für einen räumlichen Be­ reich um die Außenoberfläche des zu erzeugenden Teils her­ um die die nicht von Werkstoff ausgefüllten Bereiche kenn­ zeichnenden Daten für diesen Bereich durch von Werkstoff ausgefüllte Bereiche kennzeichnende Daten ersetzt werden, so daß unter Verwendung der Vorrichtung (5) eine Negativ­ form (2) als Abformung der Oberfläche oder eines Bereiches der Oberfläche des Teils (1) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Daten zur Steuerung der Vorrichtung (5) mittels einer externen Eingabevorrichtung (6) geändert, ergänzt und/oder vervollständigt werden, so daß die Negativform (2) mittels weiterer Daten lokal modi­ fiziert wird und insbesondere Unstetigkeiten ausgefüllt werden.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Bereich, für den die von Werkstoff ausgefüllten Bereiche kennzeichnenden Daten durch von Werkstoff nicht ausgefüllte Bereiche kennzeichnende Daten ersetzt werden, eine der Oberflächenschicht des zu erzeugenden Teils aus­ nimmt, so daß das später mittels der Negativform erzeugte Teil ein dieser Schichtdicke entsprechendes Untermaß auf­ weist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf die Oberfläche der um die Schichtdicke verkleinerten Negativform (2) eine gleichmäßig dicke Oberflächenbeschichtung aus einem weite­ ren Material, insbesondere durch Aufdampfen, aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Bereich, für den die von Werkstoff nicht ausge­ füllten Bereiche kennzeichnenden Daten durch von Werkstoff ausgefüllte Bereiche kennzeichnende Daten ersetzt werden, stegartige Zonen ausnehmen, welche Verbindung mit der äu­ ßeren Oberfläche des erstgenannten Bereichs haben, so daß die Negativform Sollbruchstellen in Form von Material­ schwächungen in Form stegartiger Ausnehmungen aufweist, welche sich von der der Oberfläche des zu erzeugenden Teils abgewandten Oberfläche der Negativform in diese hin­ ein erstrecken, ohne jedoch die dem zu erzeugenden Teil zugewandte Oberfläche zu erreichen.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ne­ gativform aus einem elastisch aushärtenden Material oder einem harten in scherbenartige Bruchstücke zerstörbaren Material erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Teil (1) um ein Implantat für den menschlichen oder tierischen Körper handelt, welches anatomischen For­ men angepaßt ist und aus einem körperverträglichen Werk­ stoff besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die mit Werkstoff aus­ gefüllten Bereiche des zu erzeugenden Teils (1) vom ent­ sprechenden zu ersetzenden Körper-, insbesondere Knochen­ teil, mittels eines bildgebenden Verfahrens, insbesondere computertomographisch, aufgenommen, in den Speicher einge­ lesen sowie daraus Steuerungsdaten für das Aktivieren und Auslenken der Strahlungsquelle (12) abgeleitet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mit Werkstoff ausge­ füllten Bereiche von einem symmetrisch beim Patienten vor­ handenen Körperteil abgeleitet werden und im Speicher spiegelsymmetrisch dazu angeordneten Körperteilen zugeord­ net werden.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenkoordinaten für die Negativform (2) aus der ap­ proximierenden Überlagerung von die Materialanordnung kennzeichnenden Daten von Knochenbruchstücken computerto­ mografisch nach geometrischer gegenseitiger Anpassung der Daten im Hinblick auf eine geschlossene Oberflächenform ermittelt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die mit der Vorrichtung (5) erzeugte Negativform eine Knochenplatte oder Klammer zum fixierenden Halten mindestens eines Kno­ chenteils bei der Osteosynthese bildet, wobei das durch Strahlung aushärtbare Material insbesondere resorbierbar oder mindestens zeitweise körperverträglich ist.