Forschungsprojekt

Umformung medizinischer Titanwerkstoffe

Zielbranchen

Medizintechnik

Problemstellung

Implantatschrauben werden in die Knochenstruktur eingesetzt und dienen der temporären oder dauerhaften Befestigung sekundärer Elemente. Ein repräsentatives Beispiel für diese Technologie sind moderne Zahnimplantate. Dazu werden zunächst Implantatgrundkörper im Kieferknochen eingeschraubt bzw. zementiert und schließlich mit einer Zahnprothese verschraubt. Aufgrund der hohen Belastungen müssen die Implantate eine hohe dynamische Festigkeit bei gleichzeitig minimalem Bauraumbedarf aufweisen.

Lösung

Aufgrund des eingeschränkten Umformvermögens sowie der hohen Materialfestigkeit biokompatibler Titanlegierungen können Verfahren der Kaltmassivumformung nicht angewendet werden. Zudem besitzen die kaltgewalzten Halbzeuge eine feinkörnige Mikrostruktur, die über die Herstellung hinaus erhalten bleiben muss. Da auch das Gefüge der zertifizierten Legierungen im Prozess keiner Umwandlung unterzogen werden darf, entfällt die klassische Warmumformung. Die Fertigung kann also nur in einem schmalen Temperaturfenster, der sogenannten Halbwarmumformung, durchgeführt werden. Dabei sinkt die Werkstofffestigkeit auf ein moderates umformbares Niveau, ohne dass Gefügeänderungen stattfinden. Die Vorteile der Halbwarmumformung bestehen in der Steigerung der Festigkeit, ohne dabei ein nennenswertes Korngrößenwachstum zu verursachen. Zudem können mittlere und große Stückzahlen schnell und sehr wirtschaftlich hergestellt werden.