Titanknie erhält Verbesserung durch Laser

Laser hatten in der Vergangenheit meist mehr Auswirkungen auf industrielle Prozesse als auf den medizinischen Bereich. Daran beteiligt waren in erster Linie zweidimensionale Laserverfahren. Jüngste Entwicklungen am Cybaman-System bieten nun leistungsstarke dreidimensionale Echtzeit-Laserprozesse, die für medizinische prothetische Implantate geeignet sind.

Die Anfertigung von Wirbelsäulenprothesen ist eine der wahrscheinlich größten Herausforderungen im Bereich der Prothetik. Das liegt nicht nur an der mit der Herstellung verbundenen Komplexität, sondern auch daran, dass die Wirbelsäule stark belastet wird und großen körperlichen Anstrengungen standhalten muss. Das Implantat muss das Gewicht des menschlichen Körpers tragen, flexibel bleiben und akkurat gefertigt sein.

Die meisten Prothesen werden normalerweise aus Titan hergestellt, aber diese Produkte bringen typische Probleme wie Verunreinigungen der Oberfläche oder Artefakte wie Mikrobrüche mit sich. Außerdem hat die Behandlung der Prothesenoberfläche mit Plasmaspray unangemessene Auswirkungen auf die Umwelt und trägt zu den hohen Herstellungskosten bei.

Durch die jüngsten Fortschritte am Cybaman-System sollten viele dieser Nachteile bei der Herstellung und Leistung von Titanprothesen beseitigt und einige wertvolle Lösungen erbracht werden. Hierzu gehört nicht zuletzt ein Produktionssystem, das CAD/CAM-Programme, Real-Virtuell-Real-Technologien sowie analytische Modelle nutzt, um die Form und die Beschichtung der Prothese zu simulieren und zu automatisieren.

Unter Verwendung eines leistungsstarken 3D-Lasers bieten die Oberflächenverarbeitungsverfahren eine Kalzium-Phosphat-Beschichtung, die als abgestufte Schnittstellenschicht zwischen dem Titansubstrat und dem Kalziumtitanat dient und bessere Verbindungseigenschaften besitzt. Die äußerste Beschichtung besteht aus Hydroxylapatit und seiner Glasphase. Aufgrund der hervorragenden Haftung kann damit eine schnellere und bessere Osseointegration von Implantaten für den Knochenersatz erreicht werden.

Bei Tests an echten Knieprothesen konnte gezeigt werden, dass diese Implantate eine bessere Leistung als ihre Gegenstücke aus reinem Titan erbringen. Das 3D-Lasersystem wird für die industrielle Normung vorbereitet. Danach können klinische Studien durchgeführt werden. Die Entwickler weisen darauf hin, dass das System auch in anderen industriellen Bereichen genutzt werden kann. Hierzu gehören zum Beispiel Luft- und Raumfahrt, Schiffbau und Fertigungstechnologien.

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Betty Leon
University of Vigo
Department of Applied Physics -Higher Technical School of Industrial Engineering
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