Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 05/2016, 13.05.2016

Keramik aus dem 3D-Drucker hilft Knochen beim Wachsen

Der österreichische Hersteller Lithoz hat sich mit 3D-Druckern, die auf die generative Herstellung von Bauteilen aus Keramik ausgelegt sind, einen Namen gemacht. Jetzt hat das Wiener Unternehmen zwei Keramikwerkstoffe, die sich speziell gut als Knochenersatzstoff eignen, für den Einsatz in ihren LCM-Systemen verfügbar gemacht. Damit ist Lithoz der einzige Anbieter, der sowohl Maschinen als auch Materialien für die Herstellung von bio-resorbierbaren Knochenimplantaten anbietet.

(msc) Die bekannten Materialien Tricalciumphosphat und Hydroxylapatit sind keramische Werkstoffe, die sich aufgrund ihrer osteokonduktiven und bioresorbierbaren Materialeigenschaften seh gut als Knochenersatzmaterial für die Erzeugung von Scaffolds eignen.

Zur Begriffsdefinition: Wenn ein Material in der Lage ist, als Leitgerüst das natürliche Knochenwachstum zu erleichtern, spricht man von Osteokonduktion. Bei Scaffolds handelt es sich um Implantate mit definierter Form und Porenstruktur, die in den Körper eingesetzt werden, um grosse Knochendefekte, die durch Unfälle oder im Zuge von Tumorentfernungen entstanden sind, zu behandeln. Bioresorbierbare Implantate werden im Körper abgebaut und in körpereigenes Knochengewebe umgebaut.

Für die Entwicklung neuer Scaffolds braucht es Kenntnis über die innere Struktur, die das Einwachsen von Knochen optimiert. Dabei spielt vor allem das Porendesign eine zentrale Rolle, um bestmögliche Osteokonduktivität zu erzielen. Die Forscher versuchen, die Porenstrukturen so zu optimieren, dass der Knochen optimal einwächst. Um dies zu erreichen werden verschiedene komplexe Porenstrukturdesigns hergestellt, die speziell auf die mechanischen Belastungen abgestimmt sind. Das beinhaltet auch die Suche nach effizienten Methoden zur Herstellung von patientenspezifischen Implantaten ab Losgrösse 1.

Entscheidend bei der Herstellung von Implantaten ist nicht nur der Prozess, sondern auch die Freiheit in der Materialwahl. Tricalciumphosphat und Hydroxylapatit ermöglichen eine schnelle Realisierung von unterschiedlichen Design­varianten, um perfekte osteokonduktive Eigenschaften zu erzielen. Besonders wichtig ist dabei die gute Realisierbarkeit von kleinen Durchgangskanälen von bis zu 0,4 mm im Durchmesser und Stegdicken kleiner als 0,3 mm sowie die einfache Variation der Einheitszelle. Dies ermöglicht die Personalisierbarkeit von Implantaten.

Hier kommt die additive Fertigung mit dem speziellen LCM-Verfahren von Lithoz ins Spiel. Die Technologie basiert auf der selektiven Lichthärtung einer photosensitiven Kunststoffmischung, in der die keramischen Partikel homogen dispergiert sind. Das Herzstück der Anlage bildet ein eigens entwickeltes Projektionssystem, das für die Belichtung der Schichtinformation mit LED-Technologie von unten durch eine transparente Wanne sorgt. Durch den Einsatz dieser Projektionstechnik und einer speziellen Projektionsoptik gelingt es, sehr kleine und feine Strukturen präzise wiederzugeben. Ausserdem arbeitet der Prozess sehr materialsparend, und die im Bauprozess nicht verbrauchte Mischung kann weiter verwendet werden.

Für diese Anlagentechnik hat Lithoz jetzt die zwei erwähnten, relativ erschwinglichen Materialien verfügbar gemacht. Zu Beginn erfolgte die Werkstoffentwicklung an der TU Wien zusammen mit Lithoz. Seit einem Jahr erfolgt sie in Kooperation mit Prof. Dr. Franz E. Weber vom Zentrum für Zahnmedizin der Universität Zürich.

Mit der Komplettlösung von Lithoz, bestehend aus Anlage, Software und Ausgangsstoff, können jetzt direkt aus den CAD-Daten vollwertige keramische Bauteile in beliebiger Komplexität kostengünstig und schnell hergestellt werden.Em Ende des Bauprozesses steht dank einer hohen Sinterdichte ein zu 100 Prozent keramisches Bauteil, das die gleichen Materialeigenschaften wie klassisch gefertigte Bauteile aufweist.


Lithoz: Springmann AG
2000 Neuchâtel, Tel. 032 729 11 22
neuchatel@springmann.ch



Solche Keramik-Scaffolds können mittels additiver Fertigung in Porosität und Innenstruktur so ausgelegt werden, dass sie das Einwachsen von Knochensubstanz optimal unterstützen.


Die beim CeraFab 7500 und 8500 typische Belichtung von unten durch eine durchsichtige Wanne hilft, Material einzusparen. (Bilder: Lithoz)