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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R L A S E R T E c H N I k I LT
DQS zertifiziert nach
DIN EN ISO 9001
Reg.-Nr. DE-69572-01
Fraunhofer-Institut
für Lasertechnik ILT
Institutsleitung
Prof. Reinhart Poprawe M.A.
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Telefon +49 241 8906-0
Fax +49 241 8906-121
www.ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT zählt weltweit
zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungs-
instituten im Bereich Laserentwicklung und Laseranwendung.
Unsere Kernkompetenzen umfassen die Entwicklung neuer
Laserstrahlquellen und -komponenten, Lasermess- und Prüf-
technik sowie Laserfertigungstechnik. Hierzu zählt beispiels-
weise das Schneiden, Abtragen, Bohren, Schweißen und Löten
sowie das Oberflächenvergüten, die Mikrofertigung und das
Rapid Manufacturing.
Übergreifend befasst sich das Fraunhofer ILT mit Laseranlagen-
technik, Prozessüberwachung und -regelung, Modellierung
sowie der gesamten Systemtechnik. Unser Leistungsspektrum
reicht von Machbarkeitsstudien über Verfahrensqualifizierungen
bis hin zur kundenspezifischen Integration von Laserprozessen
in die jeweilige Fertigungslinie. Das Fraunhofer ILT ist einge-
bunden in die Fraunhofer-Gesellschaft.
Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 11/2014.
Selective laSer Melting für MediziniSche iMplantate
Individuell und funktional
Beim SLM werden Bauteile Schicht für Schicht aus einem
feinen Pulver durch lokales Aufschmelzen mit Laserstrahlung
gemäß einem CAD-Modell aufgebaut. Durch diese werkzeug-
lose Fertigung und den schichtweisen Aufbau von Bauteilen
ist das SLM hervorragend für die kostengünstige Individual-
fertigung komplexer Geometrien geeignet. Implantate können
direkt aus medizinischen Bilddaten (CT, MRT) am Computer
für den Patienten individuell gestaltet und anschließend mit
SLM kostengünstig gefertigt werden. Bei Bedarf können diese
patientenspezifischen Implantate mit zusätzlichen Funktiona-
litäten versehen werden, die bei konventioneller Fertigung
gar nicht oder nur sehr kostenintensiv realisierbar wären. Zum
Beispiel kann durch definierte Porenstrukturen das Einwachs-
verhalten (Osseointegration) und die Versorgung mit neuem
Gewebe (Vaskularisierung) des Implantates verbessert werden.
Außerdem erlaubt das SLM die Einstellung optimaler mecha-
nischer Eigenschaften, die für den jeweiligen Implantationsort
und den Patienten erforderlich sind.
Insbesondere bei resorbierbaren Implantaten sind definierte
Porenstrukturen ein entscheidender Vorteil gegenüber nicht
porösen Implantaten. Die Menge an abzubauendem Volumen
kann maßgeblich reduziert und ein effektiver Abtransport der
Abbauprodukte durch eine vollständige Vaskularisierung
des Implantates gewährleistet werden. Gleichzeitig kann der
Knochenaufbau im Inneren des Implantates erfolgen, so dass
das Implantat während des Abbauprozesses durch neuen
körpereigenen Knochen gestärkt wird.
SLM-gefertigte medizinische Implantate
Das SLM wird für viele metallische Biomaterialien wie z.B.
Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen oder Edelstahl
kommerziell eingesetzt. Für Anwendungen in der Medizin-
technik hat das Fraunhofer ILT das Verfahren in Kooperation
mit Partnern aus Medizin und Industrie bereits mehrfach in die
Praxis umgesetzt, z.B. für die individualisierte Serienfertigung
von Kronen und Käppchen in der Dentalindustrie, für die
Fertigung von Gelenkersatz (z.B. Hüfte, Knie) in der Ortho-
pädie und von Knochenersatz in der Mund-, Kiefer-, und
Gesichtschirurgie. Neben Individualimplantaten werden
auch hochspezialisierte chirurgische Instrumente und Wirbel-
fusionskäfige mit erhöhter Funktionalität mit SLM hergestellt.
Dabei erfüllen die SLM-Bauteile alle Anforderungen der
entsprechenden Normen an die mechanischen Eigenschaften
und die Biokompatibilität.
Auch für aktuelle Forschungsfragen bietet das Fraunhofer ILT
vielversprechende Lösungsansätze. So konnten bereits
resorbierbare Knochenersatzimplantate mit interkonnektiver
Porenstruktur auf Basis eines Polylaktid-Kalziumphosphat-
Kompositwerkstoffs für den Einsatz im gering belasteten
Bereich des Schädels im Kleintierversuch erfolgreich getestet
werden. Gleichzeitig wird die Technologie für die Herstellung
von stärker belastbaren resorbierbaren Implantaten auf
Basis von resorbierbaren Magnesiumlegierungen entwickelt.
Von der Idee zum Produkt
Das SLM-Verfahren wurde Mitte der 90er Jahre am Fraunhofer
ILT entwickelt und seitdem in enger Kooperation mit füh-
renden Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen
unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette stetig
weiterentwickelt. Durch unsere Kompetenz und jahrelange
Erfahrung können unsere Experten Sie individuell von
einer ersten Idee über Machbarkeitsstudien, Prozess- und
Anlagenentwicklung bis hin zur Umsetzung der Ergebnisse
in Ihre Produktion unterstützen. Dabei können Sie nicht nur
auf unsere umfangreiche Anlagenausstattung, bestehend aus
unterschiedlichen kommerziellen Systemen und hochflexiblen
Laboranlagen, sondern auch auf unser Know-how im Bereich
der Laserstrahlquellen- und Optikentwicklung zurückgreifen.
Durch unsere enge Kooperation mit weiteren Fraunhofer-
Instituten, der FH-Aachen, dem Universitätsklinikum Aachen
und der RWTH Aachen University profitieren Sie gleichzeitig
von der gebündelten Kompetenz des Standorts Aachen im
Bereich der generativen Fertigung.
Ansprechpartner
Dipl.-Phys. Lucas Jauer
Telefon +49 241 8906-360
Dr. Wilhelm Meiners
Telefon +49 241 8906-301
Selective laSer Melting für MediziniSche iMplantateDie Verwendung von individuell angepasstem Knochen- und Gelenkersatz oder medizinischen Implantaten
mit vergrößerter Funktionalität, z.B. durch integrierte, definierte Porenstrukturen, könnte die medizinische
Versorgung signifikant verbessern. Zur Herstellung solcher komplexen und individualisierten Implantate eignet
sich insbesondere das generative Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM).
Trends und Herausforderungen in der Medizintechnik
Der demographische Wandel und das Bedürfnis nach einer
immer besseren medizinischen Versorgung stellen neue Her-
ausforderungen an die Gesundheitsforschung. Insbesondere
die personalisierte Medizintechnik gilt als eine der vielver-
sprechendsten Zukunftsfelder. Durch die Berücksichtigung
der individuellen medizinischen Bedürfnisse des Patienten
z.B. bei der Operationsplanung oder der Implantatgestaltung
können minimalinvasive Operationen weiter verbessert und
eine optimale Patientenversorgung gewährleistet werden.
Dadurch können einerseits das Wohlbefinden des Patienten
beträchtlich gesteigert und andererseits die Kosten für das
Gesundheitswesen und die Volkswirtschaft systematisch
reduziert werden.
Auch die Verwendung von resorbierbaren Implantaten als
Knochenersatz setzt neue Maßstäbe. Diese Implantate lösen
sich im Körper des Patienten auf und werden sukzessive durch
körpereigenen Knochen ersetzt. »Mitwachsende« Implantate
für Kinder können so realisiert und unnötige Operationen
zur Entfernung eines Implantates nach der Knochenheilung
oder das permanente Verbleiben eines Implantates im Körper
verhindert werden.
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Titelseite: Individualisiertes Jochbeinimplantat
mit interkonnektiver Porenstruktur.
1 Individualisierte Dentalkronen und -käppchen.
2 µ-SLM-Scaffold (Strebendicke ca. 60 µm).
1
3 Individualisiertes Schädelimplantat
mit interkonnektiver Porenstruktur.
4 Scaffolds aus einer biodegradierbaren
Magnesiumlegierung.
5 Individualisierte Hüftpfanne.
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