Biomedizinische Implantate der nächsten Generation unter Verwendung der additiven Fertigung von komplexen, zellularen und funktionalen Netzarrays

In diesem Papier untersuchen wir die Perspektiven für die Herstellung von patientenspezifischen biomedizinischen Implantaten, die harte Gewebe (Knochen) ersetzen, insbesondere Knie- und Hüftstämme sowie große intramedulläre Stäbe (femoral) aus Knochen, unter Verwendung der additiven Fertigung (AM) durch Elektronenstrahlschmelzen (EBM). Besonders interessiert uns die Herstellung komplexer funktionaler (biokompatibler) Netzarrays. Netzwerkelemente oder Zelleinheiten können in verschiedene Regionen unterteilt werden, um unterschiedliche Zellgestaltungen in verschiedenen Bereichen des Bauteils zu verwenden, um verschiedene oder kontinuierlich variierende (funktional gradierte) Netzdichten zu erzeugen. Zahlreiche Entwurfsmerkmale wurden verwendet, um Prototypen durch AM unter Verwendung von EBM von Ti-6Al-4V-Pulvern herzustellen, wobei die Dichten mit den elastischen (Young) Moduli, die durch Resonanzfrequenz- und Dämpfungsanalysen bestimmt wurden, verglichen wurden. Die Dichtheitsoptimierung an der Knochen-Implantat-Schnittstelle kann das Knochenwachstum und zementfreie Implantatkomponenten ermöglichen. Computertomographie (CT)-Scans von Metall (Aluminiumlegierung) Schaum haben auch den Bau von Ti-6Al-4V-Schaum ermöglicht, indem die digitalen Schichtscans in CAD- oder Softwaremodellen für EBM eingebettet wurden. Variationen in der Komplexität des Netzes und insbesondere in den Abmessungen der Streben (oder Träger) verändern die Kühl- und Erstarrungsrate, was die alpha-Phase (hexagonal dicht gepackt) Mikrostruktur verändert, indem Mischungen von alpha/alpha' (Martensit) erzeugt werden, die durch optische und elektronische Metallographie beobachtet werden. Mikrohärtemessungen sind charakteristisch für diese Mikrostrukturen und Mikrostrukturmischungen (alpha/alpha') und Größen.