MagTi-Implant – Hybridimplantate aus Magnesium und Titan gefertigt mittels L-PBF

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sebastian Härtel
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534007237

Aktuell werden die verschiedenen in der Medizintechnik zugelassenen Materialien bei Gelenkersätzen durch unterschiedliche Einzelteile kombiniert. Die Kombination der Werkstoffe Magnesium und Titan innerhalb eines Hybridimplantates führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Gebrauchseigenschaften, wie dem Einwachsverhalten und der Langlebigkeit. Ein hybrides Implantat, bestehend aus zwei verschiedenen Materialien, existiert bis dato jedoch nicht. Die Titan-Magnesium-Kombination stellt dabei ein großes Anwendungspotenzial dar, wobei Titan im Rahmen der Kombination als permanentes Grundmaterial verwendet werden kann. Als nicht permanentes Material rücken die Magnesiumlegierungen in den Fokus. Diese eignen sich hervorragend aufgrund der ähnlichen Festigkeitseigenschaften zu Knochen im Vergleich zu anderen resorbierbaren Materialalternativen und zusätzlich wegen der Anregung zum Knochenaufbau, wobei beim Knochenaufbau das Magnesiumteil im menschlichen Körper aufgelöst und durch den neuen Knochen ersetzt wird. Zudem kann durch eine passende Legierungswahl die Geschwindigkeit des Degradationsverhalten angepasst werden. Durch die Kombination der beiden Materialien kann ein permanenter Gelenkersatz umgesetzt werden, der durch das äußere Material ein gutes Anwachsverhalten mit sich bringt. Das globale Ziel des Forschungsprojektes ist die Erarbeitung eines Grundlagenverständnisses, wie die Konzeptionierung (Konstruktion) und Prozesskette zur Herstellung eines hybriden Implantates (bestehend aus Magnesium und Titan) ausgelegt werden muss, um im späteren Anwendungsfall ein sicheres Verhalten zu gewährleisten. So sollen zukünftig mittels der additiven Fertigung patientenindividuelle Implantatlösungen geschaffen werden, die auch den späteren Belastungen gerecht werden. Das vorliegende Projekt hat zum Ziel, die Wirkzusammenhänge zwischen Restporosität und Prozessparameter bei der Verarbeitung von Magnesiumwerkstoffen mittels L-PBF zu erforschen. Eine derartiges Grundlagenwissen ist für weiterführende Untersuchungen unabdingbar. So führt auf der einen Seite eine hohe Restporosität tendenziell zu einem verbesserten Einwachsverhalten des Implantates, wohingegen auf der anderen Seite die mechanische Belastbarkeit reduziert wird. Ein weiteres Ziel des Vorhabens ist die Erforschung einer Methodik, wie die mittels L-PBF hergestellte Magnesium- und Titanproben in einem anschließenden HIP-Prozess kraft- und stoffschlüssig verbunden werden können. Es wird auf Basis einfacher Geometrien ein Grundlagenverständnis geschaffen, wie eine derartige Prozesskette konzipiert sein muss, um den Kraft- als auch Stoffschluss zu realisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Alexander Sviridov