Selektives Lasersintern von Polylactid-basierten Kompositwerkstoffen

Beschreibung

In der vorliegenden Arbeit wird ein für das Selektive Lasersintern (SLS) geeigneter Polylactid-basierter Kompositwerkstoff sowie eine an diesen Werkstoff angepasste SLS-Prozessführung entwickelt. Als Füllstoffe werden β-Tricalciumphosphat (β-TCP) und Calciumcarbonat (CC) mit einem Gewichtsanteil von ca. 20–50 % untersucht. Das Ziel ist die Entwicklung eines synthetischen Knochenersatzmaterials für die Additive Fertigung von patientenspezifischen bioresorbierbaren Implantaten.
In der vorliegenden Arbeit wird ein für das Selektive Lasersintern (SLS) geeigneter Polylactid-basierter Kompositwerkstoff sowie eine an diesen Werkstoff angepasste SLS-Prozessführung entwickelt. Als Füllstoffe werden β-Tricalciumphosphat (β-TCP) und Calciumcarbonat (CC) mit einem Gewichtsanteil von ca. 20–50 % untersucht. Das Ziel ist die Entwicklung eines synthetischen Knochenersatzmaterials für die Additive Fertigung von patientenspezifischen bioresorbierbaren Implantaten. Da die Festigkeit ein wichtiger Kennwert für den Einsatz als Implantat ist, wird der Einfluss der Werkstoffeigenschaften und der SLS-Verfahrensparameter auf die Biegefestigkeit von Probekörpern untersucht. Hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften wird ein Anforderungsprofil ermittelt, welches Empfehlungen in Bezug auf die Polymerpartikelgröße, die Füllstoffpartikelgröße, die Molmasse, die Schmelzviskosität, die Zersetzungstemperatur, den Feuchte- und Füllstoffgehalt sowie die Schmelzenthalpie enthält. Hinsichtlich der SLS-Verfahrensparameter wird der Einfluss von Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Spurabstand, Schichtdicke, Laserstrahldurchmesser und Vorheiztemperatur auf die Biegefestigkeit von Probekörpern untersucht. Zudem wird die prozessbedingte Degradation durch die Bestimmung der Molmasse quantifiziert. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Werkstoff und der auf den Werkstoff abgestimmten SLS-Prozessführung werden sowohl Vollkörper als auch Gitterstrukturen hergestellt und mechanisch charakterisiert. Abschließend wird die Fertigung von komplexen Implantaten für den Knochenersatz im Schädelbereich demonstriert. Damit leistet die vorliegende Arbeit einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung von patientenspezifischen bioresorbierbaren Implantaten.

Autor*in

Christoph Gayer

Themen in »Selektives Lasersintern von Polylactid-basierten Kompositwerkstoffen«

Laserstrukturieren Prozesstechnologie Naturwissenschaften Additive Fertigung

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