3D-druckbare knochenäquivalente Testmaterialien zur realitätsnahen Nachbildung biomechanischer Knocheneigenschaften auf Basis der 4D-Deformationsanalyse - REMAKEBONE; Teilvorhaben: Biomechanik und 3D-Drucktechnologie für die Erforschung knochenäquivalenter Testmaterialien - KMU-innovativ, Förderbereich: ProMat_KMU (Gesundheit und Lebensqualität, Bauwesen und Infrastruktur, Information und Kommunikation), Programm: Vom Material zur Innovation

Abstract

Beim Teilvorhaben des Fraunhofer IWU standen vorrangig die biomechanischen Untersuchungen der zugehörigen Prüfmethoden als auch die SEAM-3D-Drucktechnologie im Fokus. Die Untersuchung der mechanischen Materialkennwerte erfolgt dabei in unterschiedlichen Zuständen im μCT. Lastinduzierte Veränderungen können somit bis hin zur Trabekelstruktur des Knochens analysiert und in ein Modell überführt werden. Mit Hilfe der digitalen Volumenkorrelation können anschließend die Datensätze analysiert und Materialeigenschaften abgeleitet werden. Für die Entnahme und Prüfung werden hierbei standardisierte Abläufe erforscht und dabei die Analysemöglichkeiten der belastungsinduzierten μCT-Untersuchung in Kombination mit der digitalen Volumenkorrelation genutzt. Das zweite Ziel des Teilvorhabens ist die Erforschung einer Technologie, mit der die Erkenntnisse aus der biomechanischen Charakterisierung in ein knochenäquivalentes Testmaterial überführt werden können. Die Technologie muss eine große Bandbreite an Materialeigenschaften, wie große Varianzen in der Steifigkeit, umsetzen können. Bei derzeitigen Ansätzen ist die homogene Randschicht des Knochens (Kortikalis) aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und der innere trabekuläre, inhomogene Knochen (Spongiosa) aufgrund ihrer filigranen Struktur nicht realitätsnah umsetzbar. Erforscht wird daher die Verarbeitung von Hochtemperaturkunststoffen mit der SEAM-3D-Druck-Technologie. SEAM steht dabei für Screw Extrusion Additive Manufacturing, bei welcher Kunststoffgranulate über eine Extruderschnecke plastifiziert und aus einer Düse ausgetragen werden. Durch Bewegung der Düse oder der Bauplattform, kann so ein effizienter 3D-Druckprozess für verschiedene Kunststoffe ausgeführt werden. Im Projektvorhaben sollen insbesondere Kunststoffe mit höheren Schmelztemperaturen verarbeitet werden, die geeignete Vorwärm- und Temperierstrategien für eine hohe Schichthaftung sowie einen geringen Bauteilverzug erfordern. Mit der damit verfügbaren Materialauswahl wird die fertigungstechnische Grundlage für die Erstellung der KTM geschaffen. Datei-Upload durch TIB