Implantate in wenigen Stunden fertigen

Künstliche Knochen oder komplexe metallische Bauteile in nur wenigen Stunden herstellen – das Fertigungsverfahren Selective Laser Melting SLM macht es möglich. Auf der Hannover Messe (15. – 20. April) stellen Fraunhofer-Forscher neue Anwendungen für das selektive Schmelzen mit Lasern vor.

Viele Unfallopfer oder Krebspatienten brauchen Implantate. Bislang werden künstliche Knochen zum Beispiel aus Titan durch Gießen oder spanende Bearbeitung hergestellt. Doch das ist aufwendig und dauert meist mehrere Wochen. Schneller und kostengünstiger können Implantate mit SLM gefertigt werden. »Das Implantat wird direkt aus Computer-Tomografischen-Daten (CT-Daten) aufgebaut. Formgebende Werkzeuge werden nicht benötigt«, nennt Wilhelm Meiners vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen einen wesentlichen Vorteil des Verfahrens.

Das Implantat wird Schicht für Schicht aus Metallpulver hergestellt. Der Trick: Nur im Fokus des vom computergesteuerten Laserstrahls schmilzt das Metallpulver und verbindet sich mit der vorhergehenden Schicht zu einer festen Struktur. Der künstliche Knochen wird auf einer absenkbaren Platte hergestellt. Ist die erste Schicht fertig, wird die Platte ein Stück heruntergefahren, neues Metallpulver aufgetragen und die nächste Schicht produziert. Innerhalb von wenigen Stunden wird so das Implantat exakt nach den CT-Daten aufgebaut. Das Verfahren ist nicht nur schnell, sondern auch preisgünstig. »Die Herstellung erfolgt ohne Materialverlust. Metallpulver, das nicht zum Bauteil gehört, kann vollständig wieder verwendet werden«, betont Projektleiter Meiners. Um die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu demonstrieren, haben die Forscher bereits das Modell einer Schädelkalotte aus dem biokompatiblen Werkstoff Titan gefertigt.

Bisher wird SLM vor allem als Rapid-Prototyping-Verfahren im Maschinen- und Werkzeugbau eingesetzt, um in kurzer Zeit Prototypen herzustellen. Doch das Verfahren kann auch für andere Anwendungen genutzt werden. Neben der Herstellung von Implantaten bietet es sich auch für die Produktion komplexer Bauteile aus Leichtbauwerkstoffen an. »Mit dem SLM kann nahezu jede beliebige Geometrie gefertigt werden«, sagt Wilhelm Meiners. Damit eröffnet das Verfahren neue Möglichkeiten für den Ultraleichtbau etwa in der Luft- und Raumfahrt. Den Fraunhofer-Forschern ist es gelungen, ein Demonstrationsbauteil mit einer internen Gitterstruktur zu produzieren, das mit konventionellen Fertigungsmethoden nicht herstellbar ist.

In Halle 18 auf dem Stand des VDI Photonics World stellen Fraunhofer-Forscher neue Anwendungsgebiete für SLM vor.