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Automatisierte Analyse hochfrequenter Prozesssignale bei der funkenerosiven Bearbeitung von Magnesium für die Medizintechnik

ISBN: 978-3-86359-527-2

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Kurzübersicht

In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass mit Hilfe der Funkenerosion filigrane Kanalstrukturen für biodegradierbare Knochenersatzimplantate aus Magnesium hergestellt werden können. Eine modellbasierte Technologieentwicklung konnte durch die automatisierte Analyse der hochfrequenten Prozesssignale und deren Korrelation mit den Parametern von Einzelentladungen entwickelt werden. Einen bisher nie erreichten Einblick in den Prozess ermöglicht die Bestimmung und Überwachung aller Prozessparameter.

Automatisierte Analyse hochfrequenter Prozesssignale bei der funkenerosiven Bearbeitung von Magnesium für die Medizintechnik

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Details

Derzeit werden überwiegend permanente Implantate als Knochenersatz eingesetzt. Trotz guter Biokompatibilität haben diese eine begrenzte Lebensdauer und führen häufig zu Komplikationen. Daher ist die Entwicklung von biodegradierbaren Implantaten wünschenswert, die nur so lange die Implantatfunktion übernehmen bis der Knochen sich selbst regenerieren konnte. Das Implantat muss sich so langsam auflösen, dass der Knochen in den freiwerdenden Zwischenraum einwachsen kann ohne eine kritische Defektgröße zu überschreiten. Hier bietet Magnesium durch die hohe Biokompatibilität und die knochenähnlichen mechanischen Eigenschaften beste Erfolgsaussichten. Allerdings schreitet die Korrosion im Körper schneller fort als der Knochen nachwachsen kann. Eine korrosionshemmende Beschichtung kann den Beginn der Korrosion hinauszögern, verhindert jedoch im gleichen Maße das Einwachsen des Knochens. Ein Lösungsansatz ist daher die Kombination einer Oberflächenmodifikation mit einer interkonnektierenden Kanalstruktur. Die Korrosion wird so lange verzögert bis der Knochen in das Implantat eingewachsen ist und bereits eine Stützstruktur gebildet hat.
Zur Herstellung dieser filigranen Struktur mit hohen Aspektverhältnissen bietet sich insbesondere die weitgehend kräftefreie funkenerosive Bearbeitung an. Bis heute existieren jedoch keine Technologien zur Bearbeitung dieses Werkstoffes und auch die physikalischen Wirkzusammenhänge während der Entladungen sind noch unbekannt.
Um die Herstellung der filigranen Kanäle in Magnesium zu ermöglichen, wurde eine neue Methodik entwickelt, welche eine effektive modellbasierte Technologieentwicklung ermöglicht. Durch die automatisierte Analyse der hochfrequenten Prozesssignale konnten alle relevanten Prozessparameter, die sich sehr stark gegenseitig beeinflussen, bestimmt und überwacht werden. Durch die Analyse von Einzelentladungen wurden die Abtragmechanismen analysiert und ein Modell entwickelt um Anhand der Entladeparameter das Abtragvolumen zu approximieren. Durch die Korrelation dieses Modells mit den Prozesssignalen lassen sich alle Wirkzusammenhänge auch im kontinuierlichen Prozess ermitteln.
Nach der erfolgreichen Herstellung der Implantate wurden die funkenerosiv hergestellten Oberflächen mittels in-vitro Tests toxikologisch analysiert. Nach der angestrebten Oberflächenumwandlung konnte keine negative Beeinflussung der Zellen beobachtet werden und die Korrosionsgeschwindigkeit wurde stark verlangsamt.

Zusatzinformation

Autor Schwade, Max
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-527-2
Gewicht 0.248 kg
Erscheinungsdatum 31.08.2017
Lieferzeit 10-14 Tage
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