Entwicklung und Erprobung biomechanisch optimierter Metall-Matrix-Composites (MMC) am Beispiel von Knie-Endoprothesen

(gefördert durch AiF: PRO INNO II)

Projektpartner

• Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V., Heilbad Heiligenstadt
• Mathys Orthopädie GmbH, Mörsdorf
• Kieselstein GmbH, Chemnitz
• Innomta GmbH, Chemnitz
• Lehrstuhl Werkstoffe des Maschinenbaus der TU Chemnitz
• Orthopädische Klinik der MLU Halle

Projektinhalt

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen die existierenden Nachteile konventioneller CoCrMo-lmplantate durch eine biomechanische Werkstoff- und Designoptimierung im Rahmen der Entwicklung eines partiell mit Fasern verstärkten Metall-Matrix-Verbundwerkstoffes (MMC) auf Titanbasis überwunden werden. Die Optimierung der Funktionseigenschaften der Femurkondyle ist nur durch eine belastungsorientierte Faseranordnung und das Einstellen entsprechender Faseranteile möglich. Die Erreichung dieses Ziels wird durch die Realisierung einer biomechanischen Designoptimierung mittels der FEM unter Zuhilfenahme der realen Belastungsbedingungen und physiologisch relevanter Verbundmodelle ermöglicht. Das Einstellen der erforderlichen mechanischen Eigenschaften ist bei verminderten Wandstärken der Kondylen durch eine optimierte Kurz- oder Langfaserverstärkung zu erreichen. Infolge der Implementierung eines anisotropen Materialverhaltens soll eine weitestgehende Anpassung der mechanischen Implantateigenschaften an die mechanischen Eigenschaften des Knochenbettes sichergestellt werden. Die geforderte Verschleißbeständigkeit gegen Abrasion und Ermüdung wird durch eine gezielte Oberflächenbehandlung der Gleitflächen der Kondylen und das Eliminieren des Werkstoffes UHMW-PE erfolgen. Der erfolgreiche Einsatz der Verbundwerkstoffe und der Beschichtungen setzt die Entwicklung und Anpassung einer geeigneten zerstörungsfreien Prütmethode zur Qualitätssicherung voraus.