Entwicklung: Fertigung von Implantaten mit Laser

Modell einer Schädelkalotte, hergestellt mit dem Selective Laser Melting Fotos: Fraunhofer ILT

K ünstliche Knochen oder komplexe metallische Bauteile in nur wenigen Stunden herstellen – das Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM) macht es möglich. Die Fraunhofer Gesellschaft hat ein neues Verfahren für das selektive Schmelzen mit Lasern entwickelt.
Bislang werden künstliche Knochen zum Beispiel aus Titan durch Gießen oder spanende Bearbeitung hergestellt, was meistens mehrere Wochen dauert. Schneller könnten Implantate mit SLM gefertigt werden. „Das Implantat wird direkt aus Computer-Tomographischen Daten (CT-Daten) aufgebaut. Formgebende Werkzeuge werden nicht benötigt“, nennt Wilhelm Meiners vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen einen Vorteil des Verfahrens. Das Implantat wird Schicht für Schicht aus Metallpulver hergestellt.
Im Fokus des vom Computer gesteuerten Laserstrahls schmilzt das Metallpulver und verbindet sich mit der vorhergehenden Schicht zu einer festen Struktur. Der künstliche Knochen wird auf einer absenkbaren Platte hergestellt. Ist die erste Schicht fertig, wird die Platte ein Stück heruntergefahren, neues Metallpulver aufgetragen und die nächste Schicht produziert. Innerhalb von wenigen Stunden wird so das Implantat exakt nach den CT-Daten aufgebaut. Um die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu demonstrieren, haben die Forscher das Modell einer Schädelkalotte aus Titan gefertigt.

Auch komplexe Strukturen können mit SLM aufgebaut werden. Die Gitterstreben haben eine Dicke von einem Millimeter.

Bisher wird SLM vor allem als Rapid-Prototyping-Verfahren im Maschinen- und Werkzeugbau eingesetzt, um in kurzer Zeit Prototypen herzustellen. Doch das Verfahren kann auch für andere Anwendungen genutzt werden. Neben der Herstellung von Implantaten bietet es sich auch für die Produktion komplexer Bauteile aus Leichtbauwerkstoffen an. „Mit dem SLM kann nahezu jede beliebige Geometrie gefertigt werden“, sagt Wilhelm Meiners. Den Fraunhofer-Forschern ist es gelungen, ein Demonstrationsbauteil mit einer internen Gitterstruktur zu produzieren, das mit konventionellen Fertigungsmethoden nicht herstellbar ist. et