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Neue Bio-Werkstoffe

Spritzgießen von Biomaterialien bietet neue Perspektiven

25.08.2010 | Autor / Redakteur: Philipp Imgrund, Sebastian Hein und Vera Friederici / Bernhard Kuttkat

Nach dem Mikro-Metallpulver-Spritzgussverfahren hergestellte Interferenzschrauben; außer verschiedenen Metallen und Metalllegierungen, wie Titan oder Titanlegierungen, können auch Keramiken und Kunststoffe verarbeitet werden. Bild: IFAM
Nach dem Mikro-Metallpulver-Spritzgussverfahren hergestellte Interferenzschrauben; außer verschiedenen Metallen und Metalllegierungen, wie Titan oder Titanlegierungen, können auch Keramiken und Kunststoffe verarbeitet werden. Bild: IFAM

Firma zum Thema

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

Das Mikro-Metallpulver-Spritzgussverfahren kann nun auch zur Erzeugung regelmäßig angeordneter Mikrostrukturen auf Implantatoberflächen genutzt werden, sodass die Nachbearbeitung entfallen kann. Zudem lassen sich definierte Dichten und Porositäten herstellen.

Der Spritzguss bietet eine große Vielfalt von Möglichkeiten für die Herstellung von endkonturnahen medizinischen Komponenten und Implantaten. Weil das Verfahren nicht auf eine bestimmte Materialklasse beschränkt ist, können neben verschiedenen Metallen und Metalllegierungen, wie Titan oder Titanlegierungen, auch Keramiken und Kunststoffe ebenso verarbeitet werden.

Mikro-Metallpulver-Spritzgießen stellt funktionale Oberflächen her

Zudem lassen sich definierte Dichten und Porositäten einstellen oder Oberflächen durch das Aufbringen von Mikro- und Submikrostrukturen funktionalisieren. Mögliche Anwendungen sind zum Beispiel Knochenersatzmaterialien oder Interferenzschrauben für die Befestigung von Sehnen.

Das Einwachsen eines Implantats in den Knochen wird vor allem durch die Beschaffenheit der Implantatoberfläche beeinflusst. Die meisten metallischen Implantate werden deshalb teils aufwendig nachbearbeitet, um eine geeignete Oberflächenrauheit zu erzielen. Allerdings sind diese Schritte oft mit erhöhten Produktionskosten verbunden.

Metallpuvler-Spritzgießen günstig für Mikrostrukturen auf Implantatoberflächen

In den letzten Jahren wurde das Mikro-Metallpulver-Spritzgussverfahren (µ-MIM-Verfahren) als ein kostengünstiger Prozess für die Serienproduktion von endkonturnahen, funktionalisierten Mikroteilen und mikrostrukturierten Oberflächen entwickelt [1 und 2]. Dieser Prozess kann nun zur Erzeugung regelmäßig angeordneter Mikrostrukturen auf Implantatoberflächen genutzt werden, sodass die Nachbearbeitung entfallen kann. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass das Zellwachstum aufgrund der Regelmäßigkeit der erzeugen Oberflächenstruktur gezielt an die konkrete Anwendung angepasst werden kann.

Beim Metallpulver-Spritzgießen kann eine homogene Formmasse aus feinen Metallpulverpartikeln und organischen Bindern auf einer Spritzgussmaschine wie ein Polymer abgeformt werden. Beim µ-MIM-Verfahren wird in eine mikrostrukturierte Kavität eingespritzt, um so Komponenten mit definiert strukturierten Oberflächen (Strukturdetails zwischen etwa 10 und 100 µm) zu erhalten. In einer abschließenden Wärmebehandlung wird der Komponente der Binder entzogen und das Material zu einer kompakten Komponente verdichtet (gesintert).

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