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Entwicklung des Selective Laser Melting zur Verarbeitung bioresorbierbarer medizinischer Werkstoffe

Autor Simon Höges
de Limba Germană Paperback – 31 oct 2010
In dieser Arbeit wird das Selective Laser Melting von bioresorbierbaren medizinischen Werkstoffenentwickelt. Ausgangspunkt sind die medizinisch zugelassenen Werkstoffe, die für die Verarbeitungmit SLM ausgewählt und aus denen geeignete Partikel hergestellt werden, die mit SLMverarbeitet werden können. Für eine breite Anwendungsmöglichkeit des Fertigungsverfahrenswerden die Werkstoffe Poly(L-lactid), Poly(DL-lactid) / ß-Tricalciumphosphat und Henchglas / ßTricalciumphosphatausgewählt.Für die schichtweise Verarbeitung der Werkstoffe werden diese zu Partikeln weiterverarbeitet.Dazu werden geeignete Verfahren identifiziert mit denen sphärische Partikel mit einer Größe von20 - 50 IJm hergestellt werden. Für einen reproduzierbaren Pulverauftrag wird die Prozesstechnikangepasst. Verschiedene Module für den Pulverauftrag mit einer Kohlefaserbürste, mit einerKompression des Pulvers und mit einer rotierenden Walze werden entwickelt und in die Anlagentechnikintegriert.Die ausgewählten Werkstoffe sind thermosensitiv und dürfen während der Verarbeitung definierteTemperatur - Zeit - Zyklen nicht überschreiten. Zur Bestimmung der beim SLM vorherrschendenTemperaturen wird ein theoretisches Modell zur Abbildung des Prozesses entwickelt und mitexperimentellem Nachweis validiert. Mit diesem Modell wird der Einfluss der Verfahrensparameterauf die resultierenden Temperaturfelder dargestellt und die Möglichkeit des" reverseengineering" mit Voraussage von geeigneten Verfahrensparameterbereichen zur defektfreienVerarbeitung der Werkstoffe mit geringer thermischer Belastung geschaffen. Mit der Simulationder Temperaturfelder wird gezeigt, dass mit Verwendung einer homogenisierten Intensitätsverteilungder Laserstrahlung die thermische Belastung signifikant reduziert werden kann.Die Verfahrensentwicklung beinhaltet die Analyse des Einflusses der Verfahrensparameter Laserleistung,Scangeschwindigkeit, Spurversatz, Schichtdicke und Scanvektorlänge auf die Mikrostruktursowie die mechanischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der generierten Bauteile.Ein geeignetes Parameterfenster zur Herstellung von Bauteilen aus PLLAund PDLLA/ ß-TCPwird identifiziert, bei dem eine Dichte von> 99 % erreicht wird. Die Erarbeitung eines Prozessfensterszur Verarbeitung von Henchglas / ß-TCP ist nicht erreicht worden.Die mechanischen Festigkeiten der mittels SLM hergestellten Bauteile überschreiten die in bisherigenArbeiten erzielten Ergebnisse. An massiven Bauteilen werden Biege-Bruch-Festigkeiten von12,5 MPa erreicht, die Druckfestigkeiten von Bauteilen mit interkonnektierender offener Porenstrukturliegt bei 3,4 - 8,8 MPa in Abhängigkeit der Durchmesser der Porenstruktur. Die chemischenEigenschaften entsprechen weitestgehend den Eigenschaften der Ausgangswerkstoffe. Diebiologischen Eigenschaften von mittels SLM hergestellten Testgeometrien werden mit Zellkulturversuchenuntersucht und zeigen keine schädigende Wirkung der Werkstoffe auf die Zellkulturen.Auf Basisder vorgestellten Entwicklung des SLM werden Demonstrationsimplantate hergestellt.Diese umfassen individuell an verschiedene Knochendefekte angepasste Knochenersatzimplantateaus PDLLA/ ß-TCP, die mit einer interkonnektierenden Porenstruktur '700 IJm) versehen werden.Des Weiteren werden Demonstratorstents aus PLLA-co-PC L hergestellt, mit denen das Potentialzur Herstellung von Stents demonstriert wird.Mit der vorliegenden Arbeit wird der Grundstein für die Herstellung von bioresorbierbarenImplantaten mit Selective Laser Melting gelegt.
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Specificații

ISBN-13: 9783832295158
ISBN-10: 3832295151
Pagini: 137
Ilustrații: 30 farbige Abbildungen
Dimensiuni: 149 x 211 x 4 mm
Greutate: 0.21 kg
Editura: Shaker Verlag