Design von internen und externen Strukturen für optimierte Knieimplantate
(OptiKneeBM)
 

Die additiv-generative Fertigung stellt eine neuartige Technologie zur Gestaltung und industrieller Umsetzung definiert rauer Oberflächen zur Verfügung und kann damit herkömmliche Zeit- und Rohstoffkonsumierende Nachbehandlungsverfahren ablösen. Im Projektvorhaben wird daher die Etablierung einer Oberflächenfunktionalisierung auf Basis einer das Knochenwachstum fördernden geometrischen Mikro-Struktur mittels additiver Fertigung angestrebt. Das Vorhaben beinhaltet sowohl den Entwurf als auch die Optimierung der mikroskaligen geometrischen Strukturen die zur Applikation auf der knochenseitigen Implantatoberfläche vorgesehen sind. Dabei wird die Stimulation der Osseointegration und die Erhöhung der primären Implantatstabilität angestrebt, wobei sich die zu generierenden Strukturelemente (die Mikrostruktur) nicht nachteilig auf potentielle Revisionsoperationen auswirken sollen. Darüber hinaus wird die innere Struktur des Implantates im Sinne eines biomimetischen Leichtbau-Konzeptes durch Hohlraumstrukturen ersetzt. Im Gegensatz zum ursprünglichen monolithischen Design des Implantates wird mittels einer optimierten Verteilung vom Material im Inneren des Implantates eine mechanisch-anisotrope Hohlraumstruktur geschaffen und dem vorherrschenden Belastungsregime optimal angepasst. Diese Topologieoptimierung wird die Designoptimierung im laufenden „EXPERTEB“-Projekt mittel- bis langfristig um einen aus klinischer Sicht wesentlichen Freiheitsgrad ergänzen. Das wesentliche Ziel besteht dabei in einer Verringerung der Implantatsteifigkeit an wenig belasteten Bereichen zur Reduktion von Stress Shielding Phänomenen und die Unterstützung der Osseointegration. Einen weiteren maßgebenden Vorteil stellt die Gewichtsreduzierung des Implantates sowie die Einsparung des benötigten Materials dar.