Expertenleitfaden zum Polieren von Metallteilen in 3D-gedruckten Medizinprodukten

Wie man Rau und Glatt bei orthopädischen und zahnmedizinischen Implantaten balanciert

Die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie hat revolutionäre Auswirkungen auf die Medizintechnikbranche – unbegrenzte neue Möglichkeiten in Produktdesign und Mass Customization. Doch es gibt einen interessanten Twist – die Notwendigkeit des Metallteilpolierens – in einigen der populärsten Anwendungen.

Speziell: Aufgrund der rauen Oberfläche und inhärenten Porosität 3D-gedruckter Oberflächen ist Metallpolieren oft nötig für 3D-gedruckte Metallteile bei orthopädischen und zahnmedizinischen Implantaten.

Oberflächenbeschaffenheit und Porosität 3D-gedruckter Metallteile

Es gibt diverse Methoden für 3D-gedruckte Metallteile. Beispiel: Erstellung in spezieller Atmosphäre – wie Titanbau in Argonatmosphäre. Oder mittels Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM) oder anderen Prozessen.

Welche Methode auch genutzt wird: Die Natur des 3D-Drucks bestimmt, dass drei Variablen das Finish und die Dichte (oder Porosität) eines Teils bestimmen:

• Die "Aufzug"-Schritthöhen des Druckprozesses
• Die Laserbündelgröße
• Die Metallpartikelgröße

Warum 3D-gedruckte Metallteile für Implantate nutzen?

Neben Mass Customization bietet 3D-Druck von Metallteilen einen spezifischen Vorteil für orthopädische und zahnmedizinische Implantate.

Nämlich: Die Kombination der drei metallurgischen Variablen erzeugt ein sehr raues, poröses Finish, das das Verwachsen von Knochen und anderem Gewebe mit dem Implantat fördert. Dieses Verwachsen ist kritisch für den Prozedurerfolg.

Aber was, wenn Sie eine glatte Oberfläche brauchen – wie bei einem Gelenkimplantat, wo gute Verschleißeigenschaften nötig sind? Da kommt das Polieren von Metallteilen ins Spiel.

Die Rolle des Metallteilpolierens bei 3D-gedruckten Implantaten

Bei Anwendung wie 3D-gedrucktem Knieimplantat muss ein Teil der Oberfläche rau und porös sein für Knochenverwachsen. Auf der Verschleißfläche des Knies brauchen Sie jedoch ein Finish, das so glatt wie möglich ist, um:

• Reibung zu reduzieren
• Sicherzustellen, dass das Implantat eine vernünftig lange Lebensdauer hat
• Das Risiko zu verringern, dass das Implantat Schmerzen beim Empfänger verursacht

Dasselbe Prinzip gilt für Hüften, Schultern und andere Implantate mit sowohl Verschleißfläche als auch Fläche, die mit Knochen/Gewebe verwachsen muss.

Allein in den USA unterziehen sich jährlich Millionen Menschen Hüft- oder Knieersatzoperationen. In jüngeren Jahren gab es mehrere publikumswirksame Klagen zu:

• Geräteversagen
• Schmerzen oder Verletzungen im Zusammenhang mit solchen Implantaten
• Übermäßiger Verschleiß, der Geräte – designed für ~20 Jahre – zu frühzeitiger Ersetzung zwang

Glücklicherweise für Implantathersteller lassen sich die richtigen Finishes erreichen durch Kombination von 3D-Druck und korrekter Metallteilpoliertechnik.

Das ermöglicht, bestimmte Oberflächen 3D-gedruckter Metallimplantate so glatt wie möglich zu machen, während andere die für effektives Implantat-Gewebe-Verwachsen nötige Rauheit und Porosität behalten.

Ziele beim Polieren 3D-gedruckter Metallteile

Es gibt diverse Wege, Metallteile zu polieren. Methoden reichen von arbeitsintensiv und präzise (teurer) Handpolieren über diverse automatisierte Abrasionsmethoden bis zu Laser- oder Elektronenstrahlpolieren. Ziel aller Techniken: Eine glatte, porositätsfreie Oberfläche.

Beim Polieren sehr präzise 3D-gedruckter Teile ist die Fähigkeit, Materialabtrag eng zu kontrollieren, vital. Das sichert, dass die ursprüngliche Teileform – mit all ihren engen dimensionellen Toleranzen – erhalten bleibt.

Generell bedeutet das: Die Poliertechnik für 3D-gedruckte Teile muss die spezifizierte Glätte bei minimalstem Materialabtrag erreichen. Besonders bei Metallteilen mit komplexen Geometrien, scharfen Kanten und feinen Details.

Daher liegt der Fokus beim Polieren von Metallteilen für 3D-gedruckte orthopädische/zahnmedizinische Implantate und andere Medizinprodukte primär auf Toleranzhaltung. Selbst bei Anwendungen, die hochglänzende, spiegelähnliche Oberflächen erfordern.

Kundenspezifisches Metallpolieren ist ein Bereich, wo Metal Cutting – je nach Metalltyp – Oberflächenbeschaffenheit von Ra 0,1 µm und darunter erreichen kann bei Erhalt enger Toleranzen und minimalem Materialabtrag. Das Ergebnis: Eine Oberfläche, die die erforderlichen technischen Eigenschaften für Implantate und andere Medizinprodukte liefert.

(Mehr in unserem Blog "Metal Polishing in a World of 3D Printed Parts".)

Experten-Metallpolieren für Implantate und Medizinprodukte

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