Europäer bringen Technologie für Knochenimplantate voran
Europäische Forscher sind unermüdlich mit der Entwicklung neuer Technologien in allen Bereichen beschäftigt. Dazu gehören auch die Medizintechnik und speziell Knochenimplantate. Hier kommt ein Team des deutschen Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung ins Spiel, das ein Simulationsprogramm zur Berechnung der inneren Struktur und Dichteverteilung des Knochenmaterials entwickelt hat. Knochenimplantate, die in ihrer Struktur dem natürlichen Knochen gleichen, lassen sich leicht fertigen: Ein Simulationsprogramm berechnet zunächst die innere Struktur und Porosität, danach wird das Implantat aus Metallpulver "gebacken". Dieser zweite Schritt wird mithilfe einer Rapid-Prototyping-Maschine durchgeführt. Wissenschaftler, die mit der Produktion von Knochenimplantaten befasst sind, lernen von der Natur. Sie betrachten genau Aufbau und Struktur eines Knochens. Er ist besonders leicht und hält dennoch enorme Belastungen aus. Im Inneren ist ein Knochen wie ein Schwamm und an manchen Stellen besonders kompakt und fest. Vor diesem Hintergrund hat sich das Fraunhofer-Team mit der Herausforderung der Leichtbauindustrie befasst, die sich die Frage stellt: "Wie kann man das nachbilden?" Die Forscher entwickelten mit Erfolg ein Simulationsprogramm, das anzeigt, wie die Knochenstruktur beschaffen sein muss, damit es den vorgegebenen Anforderungen genügt. Dank dieser jüngsten Entwicklung können die Ingenieure komplexe Bauteile mithilfe des Rapid-Prototyping-Verfahrens fertigen. Dazu wird ein spezielles Metallpulver in hauchdünnen Schichten auf eine Fläche aufgetragen. Ein Laserstrahl erhitzt - sintert - das Metallpulver genau an den Stellen, die fest sein sollen, zu einer kohärenten Masse. "Das ist wie Kuchen backen", erklärt Andreas Burblies, Sprecher der Fraunhofer-Allianz "Numerische Simulation von Produkten und Prozessen". "Das Endprodukt ist ein offenporiges Bauteil." Lose gebliebenes Pulver wird anschließend entfernt. "Jede Stelle hat exakt die gewünschte Dichte und damit eine bestimmte Festigkeit", fügt er hinzu. Ingenieure können nun für jede Anwendung maßgeschneiderte, besonders leichte Bauteile herstellen. Als Ergebnis werden die Komponenten in der Lage sein, enorme Belastungen auszuhalten. Inzwischen haben die Forscher den Ingenieuren die Mittel an die Hand gegeben, , um nachträglich die innere Struktur der Bauteile mithilfe präziser Bohrungen verändern zu können. "Wir können die Bauteile nach Wunsch fertigen und anpassen", sagt Burblies. Experten sagen, individuelle Implantate mit einer inneren Struktur, die dem Knochen des Patienten gleicht, seien leicht zu produzieren. Metallpulver aus Biomaterialien wie Titan- und Stahllegierungen bieten einen Vorteil, weil so der Nachbau weiterer Knochenteile leicht gemacht wird. Diese innovative Technik wird für verschiedene Industriebereiche wichtig sein, beispielsweise für die Herstellung von Knochenimplantaten sowie für die Flugzeug- und Automobilhersteller.
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