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SLM Solutions Selektives Laserschmelzen vonTitan

Redakteur: Kathrin Schäfer

Verfahren zum Herstellen räumlicher Strukturen durch Lasern/Sintern eines Metallpulvers unterstützen jüngste Anstrengungen bei Implantaten: Denn die generative Fertigung wird zwar schon lange als Rapid Prototyping eingesetzt, doch die direkte Herstellung von Endprodukten gewinnt erst jetzt an Bedeutung.

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Bild 1 | Hüftpfanne: Sie ist durch 3-D-SLM-Lasertechnologie in Schichtbauweise aus Ti-6Al-4V-Pulver gefertigt worden. Die filigrane Strukturierung der Oberfläche verbessert das Anwachsen des Knochens an das Implantat.
Bild 1 | Hüftpfanne: Sie ist durch 3-D-SLM-Lasertechnologie in Schichtbauweise aus Ti-6Al-4V-Pulver gefertigt worden. Die filigrane Strukturierung der Oberfläche verbessert das Anwachsen des Knochens an das Implantat.
(Bild: SLM)

Titan wird als Werkstoff in der Medizintechnik schon seit Längerem genutzt, da es von allen Metallen die höchste Biokompatibilität aufweist. Hierunter versteht man zum einen die Wechselwirkung des Materials mit dem es umgebenden Körpergewebe, zum anderen das Ausbleiben allergischer Reaktionen.

Titan für Orthopädie und Zahnmedizin

Besonders relevant ist die Biokompatibilität bei Langzeitimplantaten, da diese sich über Jahre und Jahrzehnte in direktem Kontakt befinden. Ferner erweist sich Titan bei der Implantation in Knochenmaterial als bioinert, das heißt, ohne Zwischenschichten zu bilden, wächst das Knochengewebe direkt an die Implantatoberfläche heran und bildet einen stabilen integralen Verbund. Diese Wechselwirkung ist sowohl in der Orthopädie beim Einsatz künstlicher Hüft- und Kniegelenke als auch in der zahnärztlichen Implantologie von großer Bedeutung. Auch bietet das Werkstoffspektrum im Bereich Titan verschiedene Legierungen für unterschiedliche Reinheitsklassen.

Neben diesen speziell medizinisch relevanten Eigenschaften besitzt das Titan noch die ihm eigenen klassischen Vorteile, wie geringe Dichte und hohe spezifische (Ermüdungs-)Festigkeit, die es ebenfalls für medizinische Anwendungen attraktiv machen. Besonders in der Zahnmedizin bewirkt das geringe Gewicht von Titan, das nur etwa ein Viertel von Gold beträgt, einen hohen Tragekomfort.

Darüber hinaus ist Titan als einziges Zahnersatzmetall röntgentransparent. Bei Kariesverdacht ist Röntgen möglich, ohne dass Kronen oder Brücken abgenommen werden müssen. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Titans führt dazu, dass Kälte und Hitze viel langsamer weitergeleitet werden. Ferner ist Titan geschmacksneutral. Da es sich außerdem sehr gut mit Keramik verblenden lässt, erklärt, dass Zahnimplantate heute fast ausnahmslos aus Titan bestehen.

Das generative Laser-Melting-Verfahren

Pioniere von Anlagen des Rapid-Prototyping-Verfahrens wie die SLM Solutions arbeiten eng mit Forschungseinrichtungen und Institutionen wie beispielsweise dem Laserzentrum Nord (LZN), IFW Dresden, ILT Aachen, IPK Berlin und weiteren Instituten der Fraunhofer-Allianz zusammen. Die Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich auf den Ausbau der Qualitätssicherung des SLM-Herstellungsverfahrens, um so auch abgesichert die Anforderungen der Normen für chirurgische Implantate zu erfüllen.

Dies betrifft sowohl die Titanpulver als auch die gesamte Kette des komplexen Fertigungsprozesses. Ziel ist es, mit den generativ gefertigten Teilen die Materialeigenschaften konventionell hergestellter Teile dauerhaft zu bestätigen.

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