Door Aad van de Wijngaart

Hoe is het om 3D-printen te gebruiken voor kritische toepassingen? Daarover sprak Paul Breedveld tijdens de 3D Print Week in een volle Hive-zaal. Hij doet als hoogleraar bij de afdeling BME onderzoek naar katheters die nauwkeurig om organen heen gebogen kunnen worden. Dat is handig, want dan heb je genoeg aan een klein gaatje om bijvoorbeeld een biopt te nemen.

Zo’n katheter was al door anderen op de markt gebracht. Deze EndoWrist is echter alleen te koop in combinatie met een operatierobot van twee miljoen. En na slechts vijftien operaties moet hij terug naar de fabriek vanwege metaalmoeheid in de staalkabeltjes waarmee hij wordt gebogen.

Breedveld dacht: dat kan beter. Hij liet zich inspireren door de natuur, in de vorm van de octopusarm. Om die te kunnen benaderen, keek hij naar alternatieve, meer complexe verbindingen voor de segmenten van een katheter. En die bleken alleen te maken met 3D-printing.

Zo begon Breedvelds ontdekkingsreis door de wereld van ‘additive manufacturing’. Hij wilde uiteraard een zo dun mogelijke katheter. Via TNO in Eindhoven kwam hij aan een hars die gevuld werd met een keramische stof en zich liet printen met een resolutie van 30 micrometer. Het resutaat voelde perfect: sterk maar ook enigszins buigzaam.

Maar toen het instrument een half jaar later per ongeluk op het tapijt van zijn werkkamer viel, brak het doormidden. De oorzaak werd snel achterhaald: het materiaal ging langzaam maar gestaag door met uitharden nadat het uit de printer kwam. Daardoor werd het steeds brozer.

De volgende poging was met een heel hard polymeer, 5 mm dik, op 75 micrometer. Maar ook dit bleek weer heel breekbaar. Bovendien trok het krom tijdens het printen. Breedveld werd steeds minder enthousiast over deze nieuwe technologie.

Maar hij bleef het proberen, nu weer met een nieuw printbedrijf en een nieuw, sterk materiaal. Dit blijkt een ander probleem te hebben: het krimpt. Dus moet het ontwerp aangepast worden aan het printproces. Met dit fase van trial and error zijn Breedveld en zijn mensen nu hard bezig.

De Delftse hoogleraar ziet 3D-printen inmiddels als een van de vele mogelijke technologieën die je kunt gebruiken voor een instrument. En dan liefst voor niet al te kleine onderdelen.

Hij somt de problemen op waar 3D-printen vooralsnog mee kampt. Geprint metaal is te ruw en onnauwkeurig. Harsen zijn dat ook en hebben daarnaast last van krimpen en kromtrekken. Uit kleine ontwerpen laat steunmateriaal zich moeilijk verwijderen. En ten slotte moet je nauw contact houden met de printermensen. “Je kunt niet gewoon wat bestellen en erop vertrouwen dat het past. Dat was nieuw voor ons.”

Maar soms is 3D-printen echt de enige manier om te maken wat hij nodig heeft. En Breedveld vind het heerlijk dat je snel prototypes kunt printen. “Printen vervangt denken. Dat is heel nuttig.”