FLM-3D-Druckersystem

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554396778

Durch eine stetig alternde Gesellschaft infolge des Zusammenhangs zwischen dem demografischen Wandel und der sich weiterentwickelnden medizinischen Versorgung nimmt ebenfalls die Verwendung von Biomaterialien stetig zu. Dabei findet in der Orthopädie, der Zahnmedizin, der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, wie auch anderen chirurgischen Fachdisziplinen der Ersatz verloren gegangenen Hartgewebes nach Trauma, Tumoren oder Fehlbildungen durch die Anwendung permanenter oder biodegradierbarer Implantate statt. Häufig sind standardisierte Implantate nicht geeignet, die ungenügenden anatomischen Bedingungen in Bezug auf Knochengeometrie und -qualität auszugleichen, sodass dies komplexe Implantate mit Hinterschnitten und Strukturierungen erfordert, die mit den konventionellen Fertigungsverfahren nicht oder nur unwirtschaftlich herstellbar sind. Hier kann die additive Fertigung durch individualisierte Implantate zur Erhöhung der Implantatstabilität und zu einer verbesserten Langzeitstabilität beitragen. Um dies zu ermöglichen, muss aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht der globale Einfluss komplexer Strukturen auf die mechanischen Eigenschaften charakterisiert sowie die anspruchsvolle Parametersteuerung zur Herstellung dieser reproduzierbar umgesetzt werden. Weiterhin muss ein Verständnis aufgebaut werden, inwiefern die additiven Prozesse die lokalen Eigenschaften derartiger Strukturen beeinflussen, sodass durch erkenntnisbasierte Steuerung der Prozessparameter gleichbleibende Eigenschaften sichergestellt werden. Für dieses Vorhaben soll ein filamentbasierter Fused Layer Modeling (FLM)-3D-Drucker für medizinische Hochleistungspolymere die additive Fertigung und deren tiefgreifende mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung an der TU Dortmund vorantreiben und sich in die Forschungsstrategie des Lehrstuhls für Werkstoffprüftechnik übergreifend von der additiven Fertigung über die Strukturanalyse bis zum Ermüdungsverhalten mit entsprechender Mess- und Prüftechnik einbringen. Im Vergleich zu konventionellen 3D-Druckern für die industrielle Anwendung bietet das angestrebte System den Vorteil einer sterilen Fertigung innerhalb der Druckkammer sowie einer homogenen Temperaturverteilung durch eine laminare Luftströmung, die eine Steuerung und Erhöhung der Layer-zu-Layer-Haftung in allen Achsen ermöglicht. Zum Monitoring und zur Qualitätskontrolle erlaubt das System eine Prozessanalyse und Dokumentation aller wichtigen Parameter, sodass die generierten Proben und Implantate hinsichtlich einer Prozess-Struktur-Eigenschaft-Beziehung vollständig analysiert und angepasst werden können. In Hinblick auf die Einbindung der Anlage in aktuelle und geplante Forschungsprojekte ist ein offenes Filamentsystem mit Polymeren der medizinischen und industriellen Klasse sowie die Steuerbarkeit aller relevanten Prozessparameter notwendig und möglich, sodass zukünftig auch neue Werkstoffklassen, die bisher nicht Gegenstand der Forschung sind, verarbeitet werden können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: FLM-3D-Druckersystem
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dortmund
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Frank Walther