Additive Fertigung bioaktiver Keramiken zur Herstellung von Knochenersatzstrukturen

Die additiven Fertigungsverfahren zählen zu einer Gruppe von Fertigungstechnologien, bei denen ein physikalisches Bauteil Schicht für Schicht aus einem digitalen Abbild des Objekts erzeugt wird. Die besonderen Vorteile der additiven Fertigungsverfahren liegen in der hohen Ressourceneffizienz, der gestalterischen Freiheit zur Herstellung komplexer Strukturen und der Möglichkeit, kleinste Losgrößen wirtschaftlich zu fertigen, da kein formgebendes Werkzeug notwendig ist. Aus diesen Gründen verzeichnen diese Technologien hohe Wachstumsraten, besonders in der Medizintechnik. Speziell für die Herstellung von Knochenersatzstrukturen auf Basis von Biokeramiken besitzen die additiven Fertigungsverfahren großes Potential.

In der vorliegenden Dissertationsschrift wird die Aufbereitung und Eignung von Calciumphosphatkeramiken und bioaktiven Gläsern für die additive Fertigung von Knochenersatzstrukturen erforscht. Die Untersuchungen umfassen die gesamte keramische Fertigungsprozesskette, von der Rohstoffaufbereitung der biokeramischen Ausgangspulver über die Formgebung mittels additiver Fertigungsverfahren bis hin zur Sinterung der gedruckten Strukturen. Auf Seiten der additiven Fertigungsverfahren wird das Pulver basierte Binder Jetting Verfahren, das Filament basierte Fused Deposition of Ceramics Verfahren (FDC) sowie eine Kombination aus additiver Fertigung verlorener Gießformen mittels Fused Deposition Modelling Druck(FDM)und konventionellem keramischen Schlickerguss betrachtet. Die biokeramischen Ausgangspulver werden gezielt für diese Verfahren sowie die anschließende thermische Nachbehandlung aufbereitet. Die Untersuchung der gesinterten Bauteile hinsichtlich Biokompatibilität wird u.a. mittels in vitro Zelltests validiert.