Aidimme installiert 3D-Druck-Prototyp von Meltio zur Herstellung biomedizinischer Titanimplantate

Ein bedeutender Fortschritt im 3D-Druck wurde von dem ATILA-Forschungsprojekt verkündet. Das valencianische Forschungszentrum Aidimme hat einen Prototyp für die Herstellung biomedizinischer Implantate aus Titanlegierungen installiert. Diese Technologie basiert auf dem einzigartigen Metall-3D-Druckverfahren der spanischen Firma Meltio aus Linares (Jaén).

Das ATILA-Forschungsprojekt, das von einem Konsortium verschiedener Einrichtungen getragen wird, untersucht die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von biomedizinischen Implantaten aus dem Titan-Typ Ti64-ELI. Dank der einzigartigen Metall-3D-Drucktechnologie von Meltio, die auf dem Schweißen von Draht basiert, wird in Spanien erstmals erforscht, wie dieser Werkstoff in 3D-gedruckten Teilen verwendet werden kann. Im Gegensatz zu anderen Technologien, die Metallpulver verwenden, ist dieses Verfahren effizienter und verursacht weniger Umweltbelastungen sowie Materialabfälle, was zur Reduktion des CO2-Fußabdrucks beiträgt.

Finanziert wird das ATILA-Projekt vom spanischen Ministerium für Wissenschaft und Innovation sowie der staatlichen Forschungsagentur im Rahmen des Plans für wissenschaftliche, technische und innovative Forschung 2021-2023. Das multidisziplinäre Konsortium wird von Aidimme geleitet und umfasst die Forschungsstiftung des Universitätskrankenhauses Valencia FIHGU, die Laseranwendungen und Photonik-Forschungsgruppe der Universität Salamanca (ALF USAL) und Meltio.

Das direkte Metall-Laserauftragsschweißen (DED-LB/M) ermöglicht die Herstellung von Teilen durch die Zugabe von Rohmaterial in Form von Pulver oder Draht. Die Vorteile der DED-LB/M-Technologie mit Draht umfassen geringere Prozesskontamination, eine gute Abscheidungsrate, relativ niedrige Kosten und eine hohe Materialausnutzung von nahezu 100%. Bei der Verwendung von Pulver kann dieses wiederverwendet werden, jedoch muss seine chemische Zusammensetzung kontrolliert werden, da sie sich nach der Verwendung verändert.

Ein wesentlicher Aspekt dieses Prozesses ist die Wechselwirkung des Metalls mit Sauerstoff, insbesondere bei hochreaktiven Materialien wie Titan. Während des additiven Fertigungsprozesses nimmt das Metall aufgrund der Temperaturerhöhung beim Schmelzen und der anschließenden Schichtdeposition Sauerstoff auf. Der Sauerstoffgehalt darf jedoch die in den Referenzstandards für Implantate (UNE-EN ISO 5832-3:2017) festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten.

Das erste 3D-gedruckte Metallteil im Rahmen dieses Projekts basiert auf der Titan-Aluminium-Vanadium-Legierung Ti6Al4V, mit einem maximalen Sauerstoffwert von 0,2% für die Güteklasse 5 und 0,13% für Ti6Al4V ELI, entsprechend der ASTM F136-21 Norm.

DED-Technologie verwendet ein Schutzgas, das koaxial zur Schmelze eingesetzt wird, um eine hohe Materialabscheidungseffizienz und Druckqualität zu gewährleisten. Aufgrund des großen Temperaturgradienten während des Prozesses muss die Mikrostruktur des Materials kontrolliert werden, um die anspruchsvollen Spezifikationen zu erfüllen.

Innerhalb des ATILA-Projekts wurde ein Prototyp basierend auf der DED-LB/M-Technologie entwickelt und integriert. Diese Technologie, die 2024 ihre finalen Upgrades erhält, wird eine bessere Kontrolle der thermischen Gradienten ermöglichen, um eine geeignete Metallurgie gemäß den strengen Standards für Ti6Al4V ELI zu gewährleisten.

Im Juni 2024 fand ein technisches Treffen bei Aidimme statt, bei dem Forscher von Aidimme, USAL und FIHGUV sowie Vertreter von Meltio über die Regulierung, mögliche Implantatkandidaten und die numerische Simulation diskutierten.

Aidimme, als technologisches Institut und innovative Unternehmensvereinigung, trägt zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen bei, vor allem im Bereich Produktdesign, innovative Materialien und nachhaltige Prozesse. In den letzten vierzig Jahren hat sich Aidimme stets an die wirtschaftlichen Veränderungen angepasst und seine Zielsektoren erweitert und neu definiert.