Generative Fertigung von Bauteilen aus TCP

Abstract

In der Medizintechnik vollzieht sich ein Paradigmenwechsel hin zur Verwendung synthetischer Implantate. Diese bestehen aus einem abbaubaren porösen Gerüst zusammen mit integrierten biologischen Zellen oder Moleküle. Ziel ist dabei die Förderung der Geweberegeneration durch eine Balance aus temporären mechanischen Support und ausreichender Vaskularisation um Anlagerung von körpereigenem Gewebe zu ermöglichen.<br />Dieser neue Tissue-Engineering Ansatz erfordert eine definierte poröse Gerüst-Architektur gepaart mit voraussagbaren physikalischen Eigenschaften. Deshalb wird die generative Fertigung diese sogenannten "Scaffolds" in Betracht gezogen.<br />Generative Fertigungsverfahren entwickeln sich immer häufiger weg von reiner Prototypenfertigung, hin zur Herstellung funktioneller Bauteile.<br />Insbesondere eignet sich die generative Fertigung zur Formgebung keramische Werkstoffe für geometrisch anspruchsvolle Kleinserien. An der TU Wien wurde eigens dafür die "Blueprinter" Reihe entwickelt. Die Flexibilität des Systems und die erzielbaren Produkteigenschaften legitimieren dabei den Vorzug gegenüber konventioneller Verfahren. Die Ziele dieser Arbeit sind die fehlerfreie Herstellung von Scaffolds aus Tricalciumphosphat mittels generativer Fertigungsverfahren. Ein optimales Zusammenspiel der Prozessschritte ist dabei Grundlage für fehlerfreie Bauteile.<br />Der erste Teil dieser Arbeit behandelt die ideale Zusammensetzung des bei der Verbauung verwendeten Stoffgemisches aus TCP-Pulver und fotosensitivem Harzsystem. Die Wechselwirkung der Komponenten untereinander und deren Auswirkung auf das finale Produkt werden untersucht und die optimale Prozesskette mit den idealen Prozessparametern herausgefiltert. Anschließend wird das Endprodukt hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften charakterisiert.<br />

In terms of medicine, a paradigm shift is taking place towards the use of synthetic implants. These so-called scaffolds are porous, biodegradable and work as a carrier for integrated biological cells or molecules. Enhanced tissue regeneration is promoted by a balance of temporary mechanical support and adequate vascularization. At the end of the therapy the scaffold material should undergo complete substitution by the body's own tissues. This novel tissue engineering approach requires scaffolds with defined porous architecture and predictable physical properties. On this field generative manufacturing is able to serve those needs. Rapid Prototyping was the forerunner of generative manufacturing procedures. It developed from creating physical prototypes to the manufacturing of whole functional components. Generative manufacturing is now used for the shaping of geometrically demanding ceramic materials in a small batch series. At the Vienna University of Technology a novel "`Blueprinter"' series was developed specifically for this purpose. The flexibility of the system and the achieved product properties legitimize the use over conventional methods.<br />The objective of this work is the flawless production of tricalcium phosphate scaffolds using generative manufacturing. The first part of this work deals with the ideal composition of the TCP powder and photosensitive resin. The interaction among the components and their impact on the final product will be examined and the process parameters for the process chain are filtered out. Furthermore, the achieved product will be characterized in terms of mechanical properties.