Ein "unter Schnee" gefrästes Modell einer Zahnprothese
Institut der Hochschule Furtwangen testet neues Verfahren mit CO2-„Schnee“
Gelenk- und Knochenimplantate sind ein wichtiger Teil der modernen Medizin, ihre Qualität entscheidend für die Lebensqualität vieler Patientinnen und Patienten. Das Institute for Advanced Manufacturing (KSF) am Standort Tuttlingen der Hochschule Furtwangen (HFU) hat sich auf Materialoberflächen spezialisiert und untersucht derzeit ein verbessertes Herstellungsverfahren für solche Implantate. „Wir kühlen das Material mit CO2-Schnee während des Fräsvorgangs auf minus 76 Grad Celsius herunter“, erklärt Prof. Dr. Bahman Azarhoushang, Leiter des KSF.
Superkritisches CO2 (scCO2) ist Kohlenstoffdioxid, das weder flüssig noch gasförmig ist. Es befindet sich in einem Zustand zwischen den Aggregatszuständen und kombiniert daher deren Vorteile. Es lässt sich einfach wie eine Flüssigkeit transportieren, gleichzeitig mischt es sich aber genauso schnell mit der Luft wie im gasförmigen Zustand. Das scCO2 wird über eine Spindel und kleine Öffnungen im Fräskopf direkt auf dem Material verteilt und wird dort als eine Art Schnee sichtbar. „Durch die Kühlung erreichen wir bessere Ergebnisse bei der Genauigkeit und den Toleranzen als mit herkömmlichen Verfahren“, erläutert Prof. Dr. Azarhoushang. Bisher wird bei der Herstellung von Implantaten häufig trocken gefräst, wobei die dabei durch Reibung entstehende Hitze zu Unsauberkeiten und Gratbildungen führt. Das Entfernen der Grate, Kanten und Unebenheiten muss anschließend manuell vorgenommen werden, damit beim späteren Einsatz im Körper nichts reibt. Durch die neue Fräsmethode kann dieser Schritt möglicherweise vollständig entfallen.
„In der Medizin wird ultrahochmolekulares Polyethylen aufgrund seiner sehr guten Eigenschaften häufig für Implantate eingesetzt. Der Kunststoff dehnt sich bei Hitze allerdings aus. Bei einer ‚Bearbeitung unter Schnee‘ kann diese Ausdehnung reduziert werden, dadurch entstehen weniger Kanten und Ungenauigkeiten“, sagt Prof. Dr. Azarhoushang. „Außerdem wird der Fräskopf weniger abgenutzt und insgesamt die Materialqualität verbessert. Das Material verlässt die Maschine sauberer als es reinkommt“. Damit habe superkritisches CO2-Fräsen einen besseren ökologischen Fußabdruck als herkömmliche Fräsmethoden.
Künftig könnte sich die Methode bewähren, in dem sie implantologische Behandlungen schneller und kostengünstiger für Patientinnen und Patienten macht. Prof. Dr. Bahman Azarhoushang sieht auch ein großes Potenzial für andere Einsatzgebiete: „Wir testen gerade das superkritische CO2-Fräsverfahren mit anderen Materialien. Das Verfahren verspricht ein großes Potential, beispielsweise für die Turbinenherstellung in der Luftfahrt“.
