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Textile Metallstrukturen für die Medizintechnik

Wie lassen sich die Vorteile keramischer Bauteile mit den besonderen Eigenschaften einer metallischen, textilen Oberfläche verbinden? Dieser Frage widmete sich das Forschungsprojekt Tie-VlieKe. Ziel war es, Titanvliesstoffstrukturen mithilfe des keramischen Spritzgießens in ein Keramiksubstrat einzubetten. Auf diese Weise entsteht ein neuartiger Verbund aus Zirkonoxid und Titan, der die Eigenschaften technischer Keramiken mit einer strukturierten metallischen Oberfläche kombiniert.

Der Nutzen für Anwender liegt vor allem in der Perspektive, künftig komplex geformte Keramikbauteile wirtschaftlich und großserientauglich herzustellen. Die textile Titanstruktur eröffnet dabei neue Möglichkeiten für die Medizintechnik – insbesondere für orthopädische Implantate. Ihre Oberflächenstruktur könnte das Einwachsen von Knochenzellen unterstützen und dadurch Vorteile gegenüber herkömmlichen porösen Beschichtungen bieten. Für Hersteller ergeben sich zusätzliche Gestaltungsspielräume bei der Entwicklung leistungsfähiger Implantate und weiterer medizinischer Komponenten.

Ein wichtiger Projektschritt war die erstmalige Herstellung von Titanfasern als Endlosfaserstränge über das Strehlverfahren. Damit wurde eine Grundlage für die Weiterverarbeitung von Titan zu textilen Vliesstoffstrukturen geschaffen, ein Ansatz, der bisher noch nicht kommerziell verfolgt wurde. Zusätzlich konnten mithilfe der Airlaid-Technologie Titanvliesstoffe hergestellt werden, die sich als Einlegeteile im keramischen Spritzguss eignen.

Im Projekt wurden die Werkstoffverbunde hergestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für die Formgebung untersucht. Dabei zeigte sich, dass Titanvliesstoffe grundsätzlich in den Spritzgussprozess integriert werden können. Für die spätere industrielle Anwendung bestehen jedoch noch Entwicklungsaufgaben. Dazu zählen eine gleichmäßigere Faserablage und die vollständige Einbindung der Titanfasern in den Vliesstoff. Auch das Krempelverfahren erfordert aufgrund der Feinheit und Sprödigkeit der Fasern Anpassungen an Garnitur und Walzenabständen. Tie-VlieKe schafft damit eine wichtige Basis für keramische Bauteile mit funktionalen textilen Metalloberflächen. Die Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für innovative Implantatkonzepte und weitere Anwendungen, bei denen komplexe Geometrien, keramische Werkstoffe und biofunktionale Oberflächen miteinander verbunden werden sollen.