Entwicklung einer Aluminium- und Vanadium-freien Titanlegierung auf Basis des IGF-Projektes 19708 N optimiert für die additive Fertigung von Dentalimplantaten und Abutments mittels selective laser melting (SLM)

IGF 21671 N

Bild Forschungsprojekt
Laufzeit:  01.06.2021 - 31.12.2023
Partner: Technische Universität Braunschweig, Institut für Werkstoffe
Geldgeber:  AiF
Förderkennzeichen:  IGF 21671 N
Bearbeiter:  M.Eng. Julian Fritzen
Abteilung: Materialien und Korrosion

Problemstellung

Titan und dessen Legierungen nehmen eine  wichtige Rolle  in den BereichenLuft- und Raumfahrt, Automobil und Medizin ein. Besonders bei der Herstellung kleiner und komplexer Bauteile bzw. Serien ist die Wahl der Legierung, sowie eine geeignete Herstellungsmethode abzuwägen. Eine geeignete und zeitgemäße Methode stellt die additive Fertigung dar. Durch den ‚selective laser melting‘ (SLM)-Prozess können Bauteile Schicht für Schicht aus einem Pulverbett heraus gefertigt werden, was die endkonturnahe Fertigung auch komplexer Strukturen ermöglicht.  Der Materialverlust ist dabei sehr gering und beschränkt sich auf die für den Druck benötigten Stützstrukturen und auf die an den Proben anhaftenden Partikel.
Für die Verwendung additiv gefertigter Implantate für die Medizintechnik aus Titanwerkstoffen sind jedoch vor allem deren Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit und die mechanische Belastbarkeit von hoher Wichtigkeit.

Lösungsansatz

Um diesen Aspekten gerecht zu werden, werden neuartige  Titanlegierungen ohne die Verwednung (neuro)toxischer Elemente wie Aluminium und Vanadium entwickelt. Für die weitere Verbesserung der Osseointegration der Werkstoffe werden bioaktive Hydroxylapatitschichten mittels plasma-elektrolytischer Oxidation (PEO) aufgebracht. Das Verfahren verbessert weiterhin Korrosions- und Verschleißbeständigkeit.

Die beim Kooperationspartner, dem Institut für Werkstoffe an der TU Braunschweig entwickelten Titanlegierungen werden auf ihre korrosiven Eigenschaften getestet, um die Beständigkeit des Materials bei möglichen Defekten in den Deckschichten zu beurteilen sowie die Abhängigkeit der Bauteileigenschaften von den Fertigungsparametern zu ermitteln. Dazu werden Stromdichte-Potential-Kurven, Elektrochemische-Impedanzspektroskopie und tribometrische Tests in verschiedenen Elektrolyten durchgeführt.

Ziele des Projekts

Ziel des IGF-Forschungsvorhabens 21671 N ist es, additiv fertigbare, biokompatible Titanlegierungen zu entwickeln, welche reproduzierbar gute mechanische Kennwerte aufweisen, vergleichbar denen konventionell hergestellter Standard-Titanlegierungen.

Fernziel des Projektes ist damit die patienten-individuelle additive Fertigung von medizintechnischen Produkten auf Basis von Röntgen - oder MRT-Aufnahmen. Aus diesen Daten können CAD-Dateien erstellt werden, welche zur Programmierung der SLM-Anlage verwendet werden. Somit könnte die genaue Struktur eines Implantates, individuell abgestimmt auf den Patienten, hergestellt und die Osseointegration, und damit die Heilungschancen, verbessert werden. Zudem ist die Herstellung maßgeschneiderter Implantate auch für kleine und mittlere Unternehmen mit dieser Technologie schnell realisierbar.

 


 

 

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Das IGF-Vorhaben Nr. IGF 21671 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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