Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stark wie Titan

17.06.2005


Götz von Berlichingen, der Ritter mit der eisernen Faust, hätte heute wohl eine Hand aus Titan. Denn Legierungen mit diesem silbrigen Metall sind für den menschlichen Körper besonders gut verträglich und darum erste Wahl, wenn es um Implantate geht. Das GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht, eine Einrichtung der Helmholtz-Gemeinschaft, hat jetzt die Anwendungsmöglichkeiten für Titanlegierungen erheblich erweitert. Die Helmholtz-Wissenschaftler haben gemeinsam mit dem Industriepartner Tricumed Medizintechnik in Kiel ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich das Material in gängigen Spritzgießverfahren verarbeiten lässt, ohne – wie bisher – einige seiner wertvollen Qualitäten einzubüßen. Für Patienten bedeutet das: In absehbarer Zukunft könnte es auch für besonders schwierig zu formende Implantate wie Herzklappen oder Wirbelsäulenschrauben Lösungen aus Titanlegierungen geben.


Was der Genickbruch wirklich ist

Manchmal hängt das Leben an einem kleinen Knochen. Beispielsweise am Dens Axis, dem Fortsatz des zweiten Halswirbels. Wenn Menschen sich „das Genick brechen“ – bei einem Autounfall, bei einem Sturz – dann ist in Wirklichkeit meist dieses kleine Knochenstück abgesplittert und hat sich in das Knochenmark gebohrt. Mit meist tödlichen Folgen: Der Verletzte erstickt, weil die Muskulatur gelähmt wird, die er zum Atmen braucht. Wer den Bruch des Dens Axis überlebt, muss natürlich dringend operiert werden. Dabei wird der kleine Knochen mit einer Wirbelsäulenschraube aus Metall wieder an der Halswirbelsäule befestigt. Eine solche Schraube haben die Helmholtz-Wissenschaftler um Dr.-Ing. Eckhard Aust und die Wissenschaftler der Firma Tricumed jetzt im Spritzgießverfahren aus einer Titanlegierung gefertigt.


Wer ein Werkstück aus Metall formen will, hat im Prinzip zwei Möglichkeiten. Er kann es aus einem festen Metallblock herstellen, indem er wie ein Bildhauer Span um Span abträgt. Oder er kann es gleich in die gewünschte Form gießen. Eine dafür besonders geeignete Methode ist das Metall-Pulver-Spritzgießen (Metal Injection Moulding, MIM). Dabei wird das Metall zunächst pulverisiert. Für Titanlegierungen ist aber genau das problematisch. Denn pulverisiertes Titan nimmt besonders schnell Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff auf. Dadurch verändern sich die mechanischen Eigenschaften des Metalls: Es bricht schneller – und ist dann für bestimmte Anwendungen nicht mehr geeignet, bei denen es auf Festigkeit ankommt. Beispielsweise bei Wirbelsäulenschrauben.

Feinste Maßarbeit

Doch jetzt haben die Helmholtz-Wissenschaftler des GKSS in Kooperation mit der Firma Tricumed das Spritzgieß-Verfahren für Titanlegierungen weiterentwickelt. Dank dieser Technologie bleibt der Werkstoff bruchfest. Wissenschaftler Wolfgang Limberg. „Zugleich ist die Herstellung mit der Spritzgieß-Methode sehr viel kostengünstiger!“

Damit wird sie selbstverständlich auch wirtschaftlich interessant. Darum ist inzwischen die Tochterfirma des Industriepartners Tricumed, die Tijet Medizintechnik GmbH in Kiel, dabei, die Technologie von der Labor- zur Serienreife weiterzuentwickeln. Für Tijet stellt die Wirbelsäulenschraube sozusagen den Nachweis dar, wie exakt sich Titan-Implantate im Spritzgießverfahren formen lassen. Denn die Wirbelsäulenschraube ist nicht nur ein äußerlich komplex geformtes Werkstück, sondern muss auch noch eine Innenbohrung enthalten. Die Schraube wird mit dieser nur 1,6 Millimeter messenden Bohrung bei der Operation über einen Draht geschoben, mit dem der behandelnde Chirurg den abgebrochenen Dens Axis zuvor fixiert hat. Fast so schwierig, wie ein Kamel durch ein Nadelöhr zu bekommen.

Feinste Maßarbeit ist auch eine Herzklappe, die die Helmholtz-Wissenschaftler des GKSS bereits vor der Wirbelsäulenschraube im Spritzgießverfahren gefertigt hatten. Dieses Implantat hat Feinstrukturen, die nicht größer sind als ein zehntel Millimeter – das entspricht gerade einmal der doppelten Dicke eines Haares. Eine Herstellung mit konventioneller Technologie wäre nach Einschätzung der Tijet GmbH zwar möglich aber nicht bezahlbar.

Die erste praktische Anwendung für Patienten

„Die Herzklappe steht ganz oben auf unserer Liste“, erklärt Dr. Thomas Ebel von der Tijet GmbH die Zukunftspläne. Bis die Verfahren für die Herstellung im industriellen Maßstab serienreif sind und bis alle Genehmigungen eingeholt sind, wird aber noch Zeit vergehen. Dennoch kommt das Spritzgießverfahren für Titanlegierungen dem Patienten bereits jetzt zugute. Die Muttergesellschaft von Tijet, die Kieler Tricumed GmbH, nutzt die Methode zur Herstellung von so genannten Infusions-Ports. Das sind fest in den Körper des Patienten implantierte Systeme für das Einspritzen von Medikamenten, wie sie beispielsweise bei manchen Krebserkrankungen benötigt werden. Dr. Ebel: „Wir sind derzeit dabei, das bisher übliche Herstellungsverfahren durch die wesentliche preisgünstigere MIM-Technologie zu ersetzen.“

Auch weitere Industrieunternehmen haben beim GKSS inzwischen Interesse bekundet. „Denn mit dem bei uns entwickelten Spritzgießverfahren lassen sich im Prinzip alle sauerstoff-empfindlichen Titanlegierungen verarbeiten“, erklärt Limberg. „Denkbar sind zum Beispiel Titan-Magnesium-Legierungen für Motorenkomponenten oder Magnesium-Legierungen für den Maschinenbau.“ Hier zeigt Materialforschung bei Helmholtz ihr exzellentes Potenzial von der Grundlagenforschung zur Anwendung.

Dr.-Ing. Eckhard Aust | Helmholtz-Gemeinschaft
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Kunststoffstrang statt gefräster Facette: neue Methode zur Verbindung von Brillenglas und -fassung
28.04.2017 | Technische Hochschule Köln

nachricht Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton
19.04.2017 | Hochschule Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie