Auf der Suche nach langlebigen Implantaten und Prothesen erforscht die Geschäftseinheit Heraeus Amloy, Karlstein am Main, zusammen mit der Universität Graz im Rahmen des „Clinical Additive Manufacturing for Medical Applications“-Projekts (CAMed) patientenspezifische Implantate und wie sie in enger Kooperation mit Kliniken hergestellt und eingesetzt werden können. Die komplette Prozesskette der Produktion steht im Vordergrund. Dabei setzen die Projektpartner auf eine additive Fertigung. 3D-gefertigte amorphe Implantate sind biokompatibel und lassen sich individuell an den Körperbau des Patienten anpassen – ein Vorteil vor allem bei komplexen Frakturen. Auch spart das Verfahren Material. Denn der Laser baut nur dort Strukturen auf, wo sie benötigt werden.
Die ersten Erkenntnisse aus dem CAMed-Projekt sind vielversprechend – additiv gefertigte Implantate mit Pluspunkten für Patienten und Krankenhäuser rücken damit in greifbare Nähe. Weitere Anwendungen wie Prothesen oder Herzklappen sind ebenfalls denkbar.
Damit der 3D-Druck jedoch gelingt, braucht es ein besonderes Material. Hier rücken amorphe Metalle, auch metallisches Glas genannt, in den Fokus. Solche Metalle haben sich in der Forschung als wahre Multitalente für die Medizintechnik erwiesen. Denn sie zeigen außergewöhnliche Eigenschaften: Da sie durch Schockgefrieren von metallischen Schmelzen entstehen, haben die Atome keine Möglichkeit, ein kristallines Gitter zu bilden und erstarren ungeordnet (amorph). Diese ungeordnete innere Struktur macht das Material korrosionsbeständig, extrem fest und gleichzeitig hochelastisch.
Amorphe Metalle – fest und elastisch zugleich
Implantate aus diesen amorphen Werkstoffen lassen sich gleichzeitig nah am Knochen einsetzen als auch individuell zuschneiden, selbst dünnere Platten sind stabil. „Amorphe Metalle haben Stahl und Titan einiges voraus: Dieser Werkstoff vereint die Vorteile von Festigkeit und Elastizität. Er passt sich dem Knochen perfekt an, fördert die Genesung und ist außerdem sehr gut verträglich, da er sich ohne Zelldeformation implantieren lässt“, sagt Valeska Melde, Leitung Marketing & Vertrieb bei Heraeus Amloy.
Heraeus Amloy entwickelt derzeit neue Legierungen für die Herstellung von Implantaten. „Im Rahmen des CAMed-Projekts testen wir aktuell die Legierung Amloy-ZR02. Ihr Hauptbestandteil ist hochreines Zirkonium und sie ist bereits als biokompatibel zertifiziert“, erklärt Jürgen Wachter, Leiter der Geschäftseinheit Heraeus Amloy. Das Unternehmen bietet zwei verschiedene Prozesstechniken an: Neben der additiven Fertigung können amorphe Metalle auch im Spritzguss verarbeitet werden. Letzteres würde sich besonders für die Massenproduktion eignen – etwa von chirurgischen Schrauben oder Instrumenten. (su)
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Im Projekt CAMed (Clinical Additive Manufacturing for Medical Applications) verbindet in einer eng vernetzten Kooperation sowohl Kliniker, Medizinische Wissenschaftler und Maschinenbauer als auch Industriepartner miteinander. Ziel ist es, additive Fertigungsprozesse zu entwickeln, die es ermöglichen, patientenspezifische Implantate für unterschiedliche medizinische Anwendungen direkt in der Klinik herzustellen.
Heraeus Amloy ist spezialisiert amorphe Legierungen und die Herstellung amorpher Komponenten. Über seine Entwicklungen informiert der Heraeus-Geschäftsbereich auf der virtuellen Medtec Live.
Kontakt zum Hersteller:
Heraeus Holding GmbH
Heraeusstr. 12–14
63450 Hanau
