Forschungsprojekte

Implantat mit inneren Kanälen und Hohlräumen

Zielbranchen

Gesundheitswesen, Medizintechnik

Problemstellung

Implantate (Endoprothesen) ersetzen geschädigte Körperteile teilweise oder vollständig und verbleiben dauerhaft im Inneren des menschlichen Körpers. Heute werden Endoprothesen überwiegend spanend, umformend oder gießtechnisch gefertigt. Es bestehen jedoch Verfahrensrestriktionen wie z. B. Zugänglichkeit für Werkzeuge oder Entformbarkeit, welche die geometrischen Freiheiten bei der Gestaltung von Implantaten einschränken.

Lösung

Eine neuartige Möglichkeit zur Herstellung von Endoprothesen bietet das generative Fertigungsverfahren Strahlschmelzen. Dabei wird das Implantat auf Basis von 3D-CAD-Daten durch schichtweises, lokales Aufschmelzen von Metallpulver mittels Laserstrahl hergestellt. Als Werkstoffe kommen medizinisch zugelassene und biokompatible Werkstoffe wie Reintitan, Titanlegierungen (z. B. TiAl6V4 oder TiAl6Nb7) oder Kobalt-Chrom-Legierungen (z. B. CoCrMo) zur Anwendung. Mit der Strahlschmelztechnologie können die Restriktionen konventioneller Fertigungsverfahren überwunden werden.

Aufgrund der werkzeuglosen, generierenden Fertigung beim Strahlschmelzen können nahezu beliebig gestaltete innere und äußere Geometrien realisiert werden, Implantate mit völlig neuen Formen und Funktionen sind so herstellbar. Die Strahlschmelztechnologie ermöglicht sowohl eine direkte Fertigung von individuellen Implantaten auf Basis von CT- oder MRT-Daten als auch eine Serienfertigung (Rapid Manufacturing) von standardisierten Implantaten.

Am Fraunhofer IWU wurde ein Implantat mit integrierten komplexen, funktionalen Kanälen und Hohlräumen entwickelt, die nach dem jeweiligen Anforderungsprofil beliebig gestaltet werden können. Diese Kanäle und Hohlräume ermöglichen zusätzliche Funktionen in Implantaten wie z. B.:

  • bessere Fixierung auch von zementfreien Endoprothesen durch das gezielte lokale Einbringen von Knochenzement bzw. bioresorbierbarem Füllstoff nach erfolgter Implantation
  • Möglichkeit der postoperativen medikamentösen Behandlung des Patienten
  • Möglichkeit der Zufuhr von Arzneimitteln zur Schmerzlinderung und zur Vorbeugung von Infektionen 
  • postoperative Ableitung/Absaugung von Blut oder Wundflüssigkeit (Drainage)
  • Endoskopierung des Kontaktbereichs von Implantat und Knochen sowie des umliegenden körpereigenen Gewebes
  • Zuführung eines Mediums zur Auflösung des Implantat-Knochen-Verbunds, um den operativen Eingriff zur Entfernung der Endoprothese zu vereinfachen und zu beschleunigen