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Titan-Zahnimplantate: Belastbar nach Wunsch durch additive Fertigung

Additive Fertigung
Additiv gefertigte Zahnimplantate mit exakt passender Struktur

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Gitterstrukturen, wie beispielsweise bei diesen Bauteilen, sollen die Implantate belastbar und langlebig machen (Bild: LZH)
An haltbareren, besonders gut passenden Zahnimplantaten arbeitet das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) im Rahmen einer DFG-Forschungsgruppe. Dabei wollen die Wissenschaftler Titan-Implantate mit einer innovativen Gitterstruktur additiv fertigen.

Individuell auf den jeweiligen Körper angepassten Zahnimplantate sollen für eine gute Verträglichkeit beim Patienten sorgen und lange funktionsfähig bleiben. Zu den Parametern, die angepasst werden können, soll auch die Porosität des Zahnersatzes gehören. Um diese Größe einstellen zu können, werden die Implantate aus Ti6Al-4V additiv gefertigt.

Diese Titanlegierung ist bekannt für ihre hohe Festigkeit, ihre Korrosionsbeständigkeit ihre sehr gute Biokompatibilität. Daher ist das Metall bei vielen medizinischen Anwendungen im Einsatz, etwa in der orthopädischen Chirurgie und bei Prothesen.

Zahnimplantat: Genau angepasst an die Belastung

Um ein Implantat dem Elastizitätsmodul, also der Steifigkeit, des menschlichen Knochens anzupassen und sie damit besonders langlebig zu gestalten, eignen sich Gitterstrukturen. Diese wollen die LZH-Forscher aber nicht einheitlich gestalten, sondern gradieren: Durch eine innerhalb des Bauteils variierende Gitterstruktur hat das Implantat unterschiedliche mechanische Eigenschaften. Idealerweise sollten diese an vorgegebene Belastungsszenarien angepasst werden.

Gitterstrukturen im 3D-Druck genau nach Wunsch erstellen

Die Projektbeteiligten werden nicht nur die Gitterstrukturen variieren, sondern auch die Prozessbedingungen des laserbasierten Pulverbettverfahrens, wie etwa die Laserleistung. Die so gewonnenen Erkenntnisse betreffen die Einflüsse der Prozess- und Geometrieparameter auf Mikrostruktur, mechanischen Eigenschaften, Oberflächentopographie sowie Korrosions- und Versagenseigenschaften der Implantate. Mit diesen Informationen sollen dann Implantate reproduzierbar gefertigt werden, bei denen man Porosität, Oberflächeneigenschaften und Mikrostruktur jeweils individuell und präzise einstellen kann.

Fördermittel für vier Jahre stehen bereit

Die Forschungsgruppe 5250 „Mechanismenbasierte Charakterisierung und Modellierung von permanenten und bioresorbierbaren Implantaten mit maßgeschneiderter Funktionalität auf Basis innovativer In-vivo-, In-vitro- und In-silico-Methoden“ wurde Ende 2021 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ins Leben gerufen. Die DFG fördert die Gruppe für zunächst vier Jahre mit rund 3,4 Millionen Euro. Angesiedelt ist sie an der TU Dortmund.

Beteiligt sind Wissenschaftler der TU Dortmund, vom LZH, der Hochschule Reutlingen, der Medizinischen Hochschule Hannover, dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, der Universitätsmedizin Rostock und der Leibniz Universität Hannover.

Kontakt zu den Forschern:
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Hollerithallee 8
30419 Hannover
www.lzh.de

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