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Selektives Laserstrahlschmelzen Materialeigenschaften und Designwünsche vereinen

3D-Drucker sind mittlerweile häufig in Unternehmen und sogar in Privathaushalten zu finden. Mit Metallpulver wird dort aber eher selten gedruckt. COMPAMED.de hat mit Experten vom Fraunhofer IFAM darüber gesprochen, wie im Selektiven Laserstrahlschmelzen (SLM) Komponenten für Implantate entstehen.

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Die Oberfläche der Hüftpfanne und der Schaft können entsprechend rau gestaltet werden. (Symbolfoto)
Die Oberfläche der Hüftpfanne und der Schaft können entsprechend rau gestaltet werden. (Symbolfoto)
(Bild: © PantherMedia / coddie)

Herr Aumund-Kopp, wie funktioniert das Selektive Laserstrahlschmelzen?

Claus Aumund-Kopp
Claus Aumund-Kopp
(Bild: © Frauenhofer IFAM)

Claus Aumund-Kopp: Das Verfahren in ein sogenanntes pulverbettbasiertes Verfahren. Wir benutzen feines Metallpulver, das wir schichtweise auftragen, um es dann mit einem Laser zu schmelzen. Wenn eine Schicht fertig ist, wird erneut Pulver aufgetragen und die nächste aufgeschmolzen, sodass schichtweise das Produkt entsteht und im letzten Schritt fertig dem Pulverbett entnommen werden kann.

Für welche Implantate ist das Verfahren geeignet?

Michael Norda
Michael Norda
(Bild: © Frauenhofer IFAM)

Michael Norda: Einzelne Sorten von Implantaten zu benennen ist sehr schwierig. Es werden hauptsächlich Titan, Cobalt-Chrom oder Implantatstähle verwendet, die für ganz verschiedene Implantate Anwendung finden. Sehr häufig wird das SLM allerdings für Dentalimplantate genutzt.

Aumund-Kopp: Auch bei Hüftendoprothesen findet dieses Verfahren bereits im Markt Anwendung, sowohl für die Hüftpfanne als auch für den -schaft.

Ist es möglich, mit dieser Technik Implantate herzustellen, die auf den einzelnen Patienten zugeschnitten sind?

Aumund-Kopp: Das ist in der Tat der große Vorteil des 3D-Drucks. Wir benötigen keine Werkzeuge und können nur durch die Eingabe der vorgegebenen Daten das Bauteil drucken. So können wir exakte patientenspezifische Implantate herstellen. Das ist wie bereits erwähnt im Dentalbereich üblich. Dort hat man in einem Druckauftrag bis zu 500 Bauteile, die alle individualisiert und natürlich entsprechend nummeriert sind.

Äußern Hersteller bei Ihnen spezifische Wünsche, um Implantate mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten?

Aumund-Kopp: Das kommt vor. Meistens beginnen diese bei der Materialentwicklung. Es gibt bewährte Materialien, die medizintechnisch zugelassen sind. Der Metall-3D-Druck wurde Ende der 1990er-Jahre etabliert. Damals hat man angefangen, mit den bereits genannten Materialien zu arbeiten. Man hat Parameter entwickelt, mit denen man sichere Implantate erzeugen konnte. Der nächste Schritt war, die Besonderheit des Verfahrens in die Konstruktion einfließen zu lassen. Wenn man das Beispiel Hüftimplantat nochmals heranzieht: Die Hüftpfanne wird in den Beckenknochen implantiert. Damit das Knochengewebe eine möglichst große Oberfläche findet, an die es anwachsen kann, ist man dazu übergegangen, eine sehr raue Oberfläche zu fertigen. Darauf kann der Knochen besser anwachsen. Man bringt also Materialeigenschaften und Designwünsche gut mit diesem Verfahren zusammen. Das ist der Wunsch vieler Hersteller.

Gibt es Einschränkungen, weshalb das Verfahren für bestimmte Implantate nicht geeignet ist?

Michael Norda: Eine große Herausforderung ist nach wie vor die Entfernung der entstandenen Pulverreste. Das Bauteil befindet sich nach der Fertigstellung in einem Pulverbett, welches gründlich entfernt werden muss. Möchte man nun sehr feine oder filigrane Bauteile erhalten, durch die man etwa ein Kabel führen möchte oder eine Flüssigkeitsleitung, um vielleicht die Temperatur zu messen oder Medikamente ins Gewebe einzubringen - dann würde ich von dieser Methode abraten. Denn wir können nicht garantieren, dass solch feine Gänge wirklich komplett vom Pulver befreit sein werden. Und loses Metallpulver im menschlichen Gewebe würde zu Recht niemand akzeptieren.

Das Interview wurde geführt von Simone Ernst, COMPAMED.de

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