Polieren von Metallteilen für 3D-gedruckte medizinische Geräte

Wie man Rauheit und Glattheit bei orthopädischen und Zahnimplantaten ausbalanciert

Die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie hat einen revolutionären Einfluss auf die Medizingeräteindustrie gehabt , wodurch unbegrenzte neue Möglichkeiten im Produktdesign und in der Massenanpassung eröffnet werden. Es gibt jedoch eine interessante Wendung – die Notwendigkeit, Metallteile zu polieren — in einigen der beliebtesten Anwendungen.

Insbesondere aufgrund der rauen Oberfläche und der inhärenten Porosität der 3D-gedruckten Oberflächen Metallpolieren wird oft für 3D-gedruckte Metallteile benötigt verwendet für orthopädische und Zahnimplantate .

Oberflächenbeschaffenheit und Porosität von 3D-gedruckten Metallteilen

Es gibt eine Reihe von Methoden zur Herstellung von 3D-gedruckten Metallteilen. Beispielsweise können sie in einer speziellen Atmosphäre erzeugt werden, wie beispielsweise beim Bau von Titanteilen in einer Argonatmosphäre. Oder 3D-gedruckte Metallteile können mit direktem Metall-Lasersintern (DMLS) hergestellt werden , selektives Laserschmelzen (SLM) , Elektronenstrahlschmelzen (EBM) , oder ein anderer Prozess.

Unabhängig davon, welche Methode verwendet wird, liegt die Natur des 3D-Drucks darin, dass drei Variablen das Finish eines Teils und seine Dichte (oder Porosität) bestimmen :

• Die „Aufzugsschicht“-Schritte des Druckprozesses
• Die Laserstrahlgröße
• Die Metallpartikelgröße

Warum 3D-gedruckte Metallteile für Implantate verwenden?

Neben der Fähigkeit zur Massenindividualisierung bietet der 3D-Druck von Metallteilen einen besonderen Vorteil für orthopädische und dentale Implantate.

Die Kombination der drei oben erwähnten metallurgischen Variablen erzeugt nämlich eine sehr raue, poröse Oberfläche, die das Verschmelzen von Knochen und anderem Gewebe mit dem Implantat fördert. Diese Verschmelzung ist entscheidend für den Erfolg des Verfahrens.

Was aber, wenn Sie eine glatte Oberfläche benötigen, wie z. B. bei einem Gelenkimplantat, bei dem gute Verschleißeigenschaften erforderlich sind? Dann kommt das Polieren von Metallteilen ins Spiel.

Die Rolle des Polierens von Metallteilen in 3D-gedruckten Implantaten

Für eine Anwendung wie ein 3D-gedrucktes Knieimplantat muss ein Teil der Oberfläche rau und porös sein, damit der Knochen mit dem Implantat verschmelzen kann. Allerdings auf der Verschleißfläche des Knies , benötigen Sie ein möglichst glattes Finish, um:

• Reibung reduzieren
• Stellen Sie sicher, dass das Implantat eine angemessen lange Lebensdauer hat
• Reduzieren Sie das Risiko, dass das Implantat beim Empfänger Schmerzen verursacht

Das gleiche Prinzip gilt für Hüften, Schultern und andere Arten von Implantaten, bei denen es sowohl eine Verschleißfläche als auch eine Fläche gibt, die mit Knochen oder anderem Gewebe verschmelzen muss.

Allein in den USA unterziehen sich jedes Jahr Millionen von Menschen einer Hüft- oder Knieoperation. In den letzten Jahren gab es eine Reihe öffentlich bekannter Klagen im Zusammenhang mit:

• Gerätefehler
• Schmerzen oder Verletzungen im Zusammenhang mit dieser Art von Implantaten
• Übermäßiger Verschleiß, der dazu führt, dass die Geräte, die etwa 20 Jahre halten sollen, vorzeitig ausgetauscht werden

Zum Glück für Implantathersteller können die richtigen Oberflächen durch die Verwendung von 3D-Druck und der richtigen Technik zum Polieren von Metallteilen kombiniert werden .

Dadurch können bestimmte Oberflächen von 3D-gedruckten Metallimplantaten so glatt wie möglich gemacht werden, während andere Oberflächen die für erforderliche Rauheit und Porosität beibehalten effektive Implantat-Gewebe-Fusion.

Die Ziele beim Polieren von 3D-gedruckten Metallteilen

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Metallteile zu polieren. Die Methoden reichen vom arbeitsintensiven und präzisen (und daher teureren) Handpolieren bis hin zu verschiedenen automatischen Abriebverfahren und Polieren mit Laser oder Elektronenstrahl . Das Ziel all dieser Techniken ist es, eine glatte und porenfreie Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.

Für das Polieren von Metallteilen, die durch sehr präzisen 3D-Druck hergestellt wurden, ist die Fähigkeit, den Materialabtrag genau zu kontrollieren, von entscheidender Bedeutung. Es trägt dazu bei, dass die Originalform des Teils erhalten bleibt – mit all seinen engen Maßtoleranzen — bleibt erhalten.

Im Allgemeinen bedeutet dies, dass die Poliertechnik für 3D-gedruckte Teile die angegebene Glätte erreichen und gleichzeitig so wenig Material wie möglich entfernen muss . Dies gilt insbesondere für Metallteile mit komplexen Geometrien, scharfen Kanten und feinen Details.

Daher liegt der Fokus beim Polieren von Metallteilen für 3D-gedruckte orthopädische oder dentale Implantate und andere medizinische Geräte in erster Linie auf der Einhaltung von Toleranzen. Dies gilt sogar für Anwendungen, bei denen eine hochglänzende, sogar spiegelähnliche Oberfläche erforderlich ist.

Das kundenspezifische Metallpolieren ist ein Bereich, in dem Metallschneiden je nach Art des verwendeten Metalls eine Oberflächengüte von Ra 0,1 µm und darunter erreichen kann, während enge Toleranzen und minimaler Materialabtrag eingehalten werden. Das Ergebnis ist eine Oberflächenveredelung, die die erforderlichen technischen Eigenschaften für den Einsatz in Implantaten und anderen medizinischen Geräten bietet.

(Erfahren Sie mehr in unserem Blog Metallpolieren in einer Welt von 3D-gedruckten Teilen.)

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