Forscher von Naton Biotechnology haben das weltweit erste laser-3D-gedruckte komplette Knieimplantat entwickelt. Die Innovation wurde von der chinesischen National Medical Products Administration als neuartiges Medizinprodukt zugelassen.
Verbesserte Materialeigenschaften durch optimierte Wärmebehandlung
Das Implantat besteht aus einer Kobalt-Chrom-Molybdän (CoCrMo)-Legierung, die mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren gedruckt wurde. Ein Problem bei der herkömmlichen Herstellung solcher Implantate ist die ungleichmäßige Materialfestigkeit aufgrund von Anisotropie – das bedeutet, dass die Materialeigenschaften je nach Belastungsrichtung variieren. Die Forscher fanden heraus, dass diese Schwachstellen durch ein zweistufiges Wärmebehandlungsverfahren ausgeglichen werden können:
Lösungsglühen: Erhitzung auf 1150°C für eine Stunde und schnelles Abkühlen in Wasser, um die Metallstruktur zu homogenisieren.
Anlassen: Wiedererwärmung auf 450°C für 30 Minuten und erneutes Abkühlen zur weiteren Stabilisierung der Materialeigenschaften.
Diese Behandlung führte zu einer fast identischen Zugfestigkeit in alle Richtungen, wodurch das Implantat zuverlässiger und sicherer für den Langzeiteinsatz wurde.
Zukunftsperspektiven für 3D-gedruckte Implantate
Durch diese Forschung ergeben sich neue Möglichkeiten für den 3D-Druck medizinischer Implantate. Die Wissenschaftler untersuchen bereits zusätzliche Oberflächenbehandlungen wie Shot Peening und Ultraschallbehandlung, um die Verschleißfestigkeit und Biokompatibilität weiter zu verbessern. Langfristig könnte diese Technologie die Standardmethode für personalisierte orthopädische Implantate werden.
Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Materials Futures unter dem Titel „Recrystallization induced by heat treatment regulates the anisotropic behavior of CoCrMo alloys fabricated by laser powder bed fusion“ veröffentlicht und tragen dazu bei, die Qualitätskontrolle in der additiven Fertigung für medizinische Anwendungen weiterzuentwickeln.
