Kunststofftechnik Leoben - Zweijahresbericht 2015 - 2016

AUF EINEN BLICK
• Partner: Fraunhofer-Institut für keramische Technologien
und Systeme, Admatec, Ceramicx Ireland Ltd, et al.
• Förderung: Europäische Union - Forschungs- und Innovationsprogramm
Horizon 2020 (Projektn. 678503)
• www.ceramfacturing.eu
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Stephan Schuschnigg
stephan.schuschnigg@unileoben.ac.at
+43 3842 402 3511
CerAMfacturing - generative Fertigungsmethoden für personalisierte Medizinprodukte
CerAMfacturing - ceramic and multi material components by additive manufacturing methods for personalized medical products
Ziel des von der Europäischen Union finanzierten Projekts
„CerAMfacturing“ ist die Entwicklung von personalisierten
medizinischen Produkten. Traditionelle Fertigungsmethoden,
wie zum Beispiel Spritzgießen, sind für die Fertigung von Einzelstücken
wirtschaftlich nicht rentabel. Daher wurde der Einsatz der
additiven Fertigung angedacht: Produkte, wie beispielsweise keramische
Wärmeelemente für die Hals und Schulterpartie, können
damit ideal an den jeweiligen Träger angepasst werden. Für die
Außenseite wird hierbei eine elektrisch isolierende Keramik verwendet
und für den inneren Kern ein leitendes Metall.
Für die additive Fertigung mittels Fused Filament Fabrication (FFF)
werden hochgefüllte Compounds für verschiedene Pulver entwickelt.
Diese Compounds müssen mittels FFF verarbeitbar sein und
sollen auch bei unterschiedlichen Pulvermaterialien dieselbe Verarbeitungsschwindung
aufweisen, sodass sie gemeinsam entbindert,
gesintert und genutzt werden können. Besonders bei hohen
Füllstoffgehalten werden Filamente häufig brüchig. Die Innovationsstrategie
des Projektes beinhaltet die Entwicklung von Compounds
mit zwei oder mehreren Kunststoffen, Haftvermittlern und
niedermolekularen, organischen Additiven, welche die Verarbeitung
sowie die Flexibilität des Compounds und der Filamente verbessern.
Ähnlich wie im Projekt „REProMag“ muss ein Teil mittels
Lösemittel lösbar sein, während der Rest bis zum Sintern des Pulvers
zusammenhalten muss.
In einer weiteren Fallstudie werden auch Teile mit unterschiedlichen
Dichten und inneren Strukturen produziert. Für Implantate,
wie z. B. Kniegelenke, zeigt sich hier der Vorteil, dass die Produkte
an der dichten Seite exzellente Gleitreibungseigenschaften besitzen,
auf der strukturierten Seite können Knochen und Gewebe effizienter
einwachsen und die Festigkeit sowie den Sitz des Implantates
weiter verbessern.
Eine weitere Herausforderung ist die Kombination von Bauteilen,
die durch klassische Massenfertigung günstig hergestellt werden,
mit einer additiv gefertigten Außenhülle, welche individuell angepasst
werden soll. So könnte beim Wärmeelement die innere
Struktur vorgefertigt werden und nur die äußere Schale würde additiv
gefertigt werden.
In the project CerAMfacturing, financed by the European Union,
personalized medical products are developed. Traditional
production methods, such as injection molding, are economically
not viable for the production of individualized parts. Therefore
the additive manufacturing technologies could be used. As
one of the case studies, a customized infrared limb heater for
neck and shoulders will be produced. Its outer side should be an
electrically insulating ceramic and the inside core should be a
conductive metal.
For additive manufacturing with Fused Filament Fabrication
(FFF), highly filled polymer compounds with different powders
are developed. These compounds must be processable on a FFF
printer and should show a similar shrinkage, so that they can
be debound, sintered and used together. This is highly challenging,
as at the high filler content the extruded filaments get very
brittle. The innovative strategy involves the formulation of compounds
with two or more polymers, adhesives and low molecular
weight materials. This will improve the processability and flexibility
of the compounds and filaments. Similar to the REProMag
project, one of the polymeric components should be soluble and
the other keeps the part intact until the part is sintered.
In a second case study, parts with different densities and inner
structures should be produced. These parts for implants would
have the advantage that the dense parts have excellent tribological
properties, whereas the structured parts allows the efficient
growth of bones and tissue into these parts and strengthen the
compatibility and overall properties of the implants.
A further challenge is the combination of parts, which can be
produced cheaper in a classical mass production method and
combine them with an additive manufactured outer shell, which
can be individualized. In the case study of the limb heater, the
heating elements in the core are prefabricated and only the outer
shell would be made by additive manufacturing.
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