3D-Druck-Forschung Das können IWU-Forscher in Sachen additive Fertigung

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Wissenschaftler am Fraunhofer-IWU konzentrieren sich auf das Verfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Sie erzeugen damit filigrane Metallstrukturen, aber auch robuste Radträger aus Aluminium.

Mittels LPBF lassen sich Funktionalitäten in anspruchsvollen Produkten umsetzen und diese sehr wirtschaftlich in kleinen und mittleren Stückzahlen herstellen, was ganz ohne komplexe Liefer- oder Prozessketten erfolgen kann, wie die Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU wissen lassen. Die Funktionsintegration könne dabei durch die integrierten Sensoren oder Aktoren erfolgen, oder durch die Verarbeitung von sogenannten Funktionswerkstoffen. So entstehe eine faszinierende Vielfalt an Anwendungen und Produkten mit hohem Nutzwert. Dabei fokussiert man sich auch auf die Bedarfe der Medizintechnik.

Kompakte Stents aus dem 3D-Drucker helfen besser

Ein solcher Forschungsschwerpunkt bezieht sich etwa auf Implantate mit filigranen Gitterstrukturen, wie Stents, die insbesondere am Herzen oder im Gehirn verengte Blutbahnen offenhalten. Für ein möglichst schonendes Einsetzen ist es sinnvoll, auf so genannte superelastische Formgedächtnislegierungen (FGL) zurückzugreifen, die erst dann ihre volle Ausdehnung annehmen, wenn sie die Engstelle der Blutbahn erreicht haben. Während des Transports zur Engstelle über den Katheter ist der Stent elastisch und stark gefaltet, beschreiben die Experten. Der Katheter kann entsprechend dünn ausfallen, wodurch der Eingriff besonders schonend (minimalinvasiv) bleibt. Wird der Katheter zurückgezogen, findet der Stent in seine Ursprungsform zurück. Die Gitterstruktur des Stents ermöglicht einerseits die kompakte transportable Form und stabilisiert aber andererseits dauerhaft die Konstruktion aus nur 100 bis 200 Mikrometer dünnen Drähten.

Die Herstellung der Stents im LPBF-Verfahren vermeidet dabei viel Abfall, denn die Bereiche der späteren Zwischenräume der Gitter werden ja einfach nicht mitgedruckt, um später entfernt zu werden. bei einem umformtechnisch hergestellten Zylinder müssen diese anschließend mit einem Präzisionslaser ausgeschnitten werden. Das Druckverfahren erlaube außerdem die Herstellung mehrerer, auch unterschiedlicher Stents in der gleichen Charge. So können beispielsweise Stents, die bei Hirnaneurysmen (Schlaganfall) eingesetzt werden, patientenspezifisch gedruckt werden. Weil krankhafte Ausstülpungen in den Gefäßen individuell ausgeprägt sind, können solche passgenauen Einzelanfertigungen dazu beitragen, das Risiko beim Eingriff zu senken und die Heilungschancen zu verbessern.

Ein neuartiges Belichtungsverfahren optimiert Stents

In Kooperation mit der Professur für Virtuelle Produktentwicklung der Technischen Universität Dresden arbeiten die Forscher, wie betont wird, auch an neuen Belichtungsstrategien, die die Qualität gedruckter Stents nochmals verbessern. Im LPBF-Verfahren wird dabei Metallpulver in vielen Schichten aufgetragen, wobei der Laser das Material an genau den Stellen aufschmilzt, an denen sich das Bauteil herausbilden soll. Die Art, wie der Laser über das Pulvermaterial fährt, wird durch die Belichtungsstrategie festgelegt. Bei den Stents gelte es, Stäbe zu drucken, die je nach Ausrichtung im Querschnitt einen Kreis oder eine Ellipse beschreiben sollen. Wird der Laser in puncto Geschwindigkeit, Leistung und Fokusdurchmesser ideal auf die optimierten Laserbahnen parametriert, gelingen vor allem bei filigranen Bauteilen wesentlich präzisere Ergebnisse, heißt es. Denn in jeder Schicht und in jedem Abschnitt sei der Energieeintrag homogen, weshalb es kaum zu Anhaftungen komme. Zusätzlich steigt die Produktivität um ein Vielfaches, weil der Laser wesentlich kürzere Strecken abfahren muss, wie die IWU-Forscher anmerken. Auf der nächsten Seite wird es technisch gesehen allgemeiner, aber keineswegs langweilig ...

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