Technologievorhaben
MediSlice
Gesamtziel:
Verbesserung der industriellen Herstellbarkeit und Funktionalisierung komplexer offenporiger Osteo-Implantate durch Verwendung geometrie-adaptiver Slicerfunktionen für das Laser-Strahlschmelzen
Partner: 
Laufzeit: 01.11.2019 - 31.10.2021
Inhalt
Im Rahmen des MediSlice-Projekts wird erforscht inwiefern die Möglichkeiten des additiven Fertigungsverfahrens Laser-Strahlschmelzen (LBM) zur Herstellung feiner Strukturen zur Verbesserung von Knochenimplantaten mit feinen, zellularen Strukturen beitragen können. Diese bieten einige Vorteile gegenüber herkömmlich produzierten Knochenimplantaten:
• besseres Einwachsverhalten des Knochens durch Anpassung der Oberflächen und Hohlraumgeometrien
• Vermeidung der Rückbildung des umliegenden Knochens durch Knochen-ähnliche Bauteilsteifigkeit
• Kostensenkung durch Verzicht auf Beschichtungsmaßnahmen, wie z.B. Calcium-Phosphat (CaP)
Abbildung 1: konventionelle Bauformen von Osteo-Implantaten und REM-Aufnahmen ihrer Oberflächen vor und nach einer funktionalen Beschichtung
Ziel
Ziel des Forschungsvorhabens ist es aufzuzeigen, dass durch eine adaptive, geometriebezogene Anpassung der Belichtungsstrategien im Slicing-Prozess eine Qualitätsverbesserung sowie eine Optimierung der Fertigungszeit bei Medizintechnik-Bauteilen unter Verwendung des Laser-Strahlschmelzens möglich ist. Des Weiteren soll erforscht werden, inwieweit sich durch die Verwendung zellularer Strukturen, im Vergleich zu den verbreiteten Gitterstrukturen, die Zellbesiedelung durch Osteoblasten ohne zusätzliche Calcium-Phosphat-Schicht (CaP) definiert einstellen lässt. Es soll ebenfalls aufgezeigt werden, ob die Ansätze auch hinsichtlich der Sterilisierbarkeit der Bauteile praxistauglich sind.
Abbildung 2: Im AGENT-3D-Projekt „FunGeoS“ bereits erfolgreich umgesetzter Demonstrator eines zellularen Schulterschaft-Implantats. Ziel im Vorhaben MediSlice ist es, die Prozesskette zur Erstellung solch strukturierter Implantat-Bauteile zu automatisieren, die Qualität und Zuverlässigkeit der Bauteile zu steigern und ihre generelle Einsetzbarkeit für Osteo-Implantate nachzuweisen.
Umsetzung
Hierzu wird in MediSlice der gesamte Produktentstehungsprozess berücksichtigt und abgebildet. Die einzelnen Schritte dieses Prozesses werden validiert und falls notwendig optimiert.
Abbildung 3: Gemeinsam wird von den Forschungsstellen der gesamte Produktentstehungsprozess für zellulare Osteo-Implantate abgedeckt und im Rahmen des AGENT-3D-Vorhabens MediSlice berücksichtigt.
Schwerpunkte der Optimierung liegen in der Verbesserung der Fertigungsqualität durch eine vorgelagerte, automatisierte Geometrieanalyse und die Etablierung auf bestimmte Geometriebereiche angepasster Belichtungsstrategien sowie Prozessparametrierung. Das Fertigungs-KnowHow, sowie die Entscheidung welche Prozessparameter und Belichtungsstrategien für einen konkreten Geometrieabschnitt eingesetzt werden, soll in ein automatisierbares Prozessmodell überführt werden. Dieses wird im Rahmen des Forschungsvorhabens ebenfalls entwickelt und validiert.