Hüftmetall-Pulver beziehen sich auf spezielle kugelförmige Pulver, die in den neuen additiven Fertigungstechnologien für Hüftimplantate und -prothesen verwendet werden. Dieser Leitfaden behandelt gängige Legierungen, Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen und Lieferanten.
Übersicht der Hüftmetallpulver
Diese fortschrittlichen Materialien, die auch als Hüftprothesenpulver bezeichnet werden, ermöglichen den 3D-Druck von patientenspezifischen Hüftgelenkersatzkomponenten mit komplexen Geometrien und einer mechanischen Leistung, die die herkömmlicher Implantate übertrifft.
Zu den wichtigsten Merkmalen von Hüftmetallpulvern gehören:
| Eigenschaften | Merkmale |
|---|---|
| Legierungen | Titan, Kobalt-Chrom, Edelstahl |
| Partikelform | Hochgradig kugelförmig |
| Größenverteilung | 15-45 Mikrometer typisch |
| Dichte | Optimiert für Streichfähigkeit und Verpackung |
| Wesentliche Merkmale | Biokompatibel, hochfest, korrosionsbeständig, nachgewiesene Leistung in vivo |
| Herstellungsverfahren | Additive Fertigung – Binder Jetting, DED, PBF |
| Anwendungen | Hüftpfannen, Schäfte, Hüftgelenkspfannen und -schalen |
Die Entwicklung von Hüftpulvern geht weiter, um die Leistung, Langlebigkeit und Biokompatibilität von 3D-gedruckten orthopädischen Implantaten zu verbessern.
Legierungstypen
Zu den gängigen Hüftmetallpulvern gehören:
| Legierung | Zusammensetzung | Eigenschaften |
|---|---|---|
| Titanium Ti64 | Titan, Aluminium, Vanadium | Hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, Bio-Inertheit |
| Kobalt Chrom | Kobalt, Chrom, Molybdän | Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit |
| rostfreier Stahl | Eisen, Chrom, Nickel, Molybdän | Kosteneffizienz, Verarbeitbarkeit |
Aufstrebende Legierungen
Neuartige Legierungen wie TMZF® (Titan-Molybdän-Zirkonium-Eisen) bieten durch selektives Laserschmelzen maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften und Knochenintegrationsmöglichkeiten.
Mechanische Eigenschaften
Hüftmetallpulver ermöglichen die Erreichung der folgenden ASTM-spezifischen Eigenschaften bei der additiven Fertigung:
| Eigentum | Gemeinsame Werte |
|---|---|
| Zugfestigkeit | 750-1300 MPa |
| Streckgrenze | 450-1150 MPa |
| Dehnung bei Bruch | 8-25% |
| Härte | 280-550 HV |
| Oberflächenrauhigkeit (Ra) | Optimiert für das Einwachsen von Knochen |
Die mechanische Leistung hängt von Parametern wie Schichtdicke, Laserleistung, Scangeschwindigkeit usw. beim AM-Druck ab.
Anwendungen
Typische Verwendungszwecke von Hüftmetallpulvern sind:
| Komponente | Einzelheiten |
|---|---|
| Hüftbecher | Hüftpfannenkomponente mit halbkugelförmiger Form und strukturierter Oberfläche zur Knochenintegration |
| Oberschenkelschäfte | In den Oberschenkelknochen hineinragend, an der Hüftpfannenkomponente befestigt |
| Liner und Shells | Das Innenfutter bietet eine extrem verschleißarme Gelenkfläche, die in der Außenschale befestigt ist. |
Vorteile
Individuell angepasste Hüftpulverkomponenten verbessern die Langlebigkeit und verzögern/verhindern Ersatzoperationen durch Optimierung:
- Knochenfixierung und -einwuchs
- Geringe Erzeugung von Abriebpartikeln
- Beseitigung von Schwachstellen an der Zementoberfläche
Spezifikationen
Hüftmetall-Pulver müssen die folgenden Mindestspezifikationen gemäß ISO- und ASTM-Normen erfüllen:
| Attribut | Spezifikation Grenzwerte |
|---|---|
| Legierungszusammensetzungen | Gemäß den Spezifikationen (AMS/UNS) |
| Partikelgröße | 10-45 Mikrometer |
| Scheinbare Dichte | ≥ 80% der Legierung |
| Durchflussmenge | 25-50 s/50g |
| Sphärizität | ≥ 0,9 bevorzugt |
Spezialisierte Hüftpulver gehen noch einen Schritt weiter, indem sie die Partikelform, die innere Struktur und die Oberflächenchemie für eine einwandfreie Verteilbarkeit, Packung und ein einwandfreies Sinterverhalten während des Drucks optimieren.
Suppliers
Zu den weltweit führenden Anbietern von Hüftmetallpulvern gehören:
| Anbieter | Gemeinsame Noten | Kostenvoranschlag |
|---|---|---|
| AP&C | Ti64, CoCr, Stahl | 500-1500 $/kg |
| Zimmerer-Zusatzstoff | Ti64, CoCrMo | 800-2000 $/kg |
| Praxair | Ti64, CoCr, SS316L | 600-1800 $/kg |
| Sandvik Fischadler | Ti6AL4V ELI, CoCr ASTM F75 | $750-2500/kg |
Die Preise variieren je nach Bestellmenge, Pulverspezifikation und gewählter Legierung. Einige angesagte Pulver, die für AM angepasst wurden, kosten 3000-5000$+ pro kg.
Pro und Kontra
| Profis | Nachteile |
|---|---|
| Komplexe, kundenspezifische Geometrien | Derzeit hohe Hardwarekosten |
| Optimierte mechanische Eigenschaften | Begrenzte klinische Langzeitdaten |
| Ermöglicht neuartige poröse Strukturen | Eingeschränkte Kostenübernahme für neue Optionen durch die Kostenträger |
| Vereinfacht Revisionen von fehlgeschlagenen Implantaten | Erforderliche Nachbearbeitungsschritte |
| Rationalisierung der chirurgischen Logistik | Ungewissheit über die Erstattungsmodalitäten |
Wichtigste Erkenntnisse
- Führende Metallhersteller bieten jetzt angesagte Pulver an, die für Binder Jetting und Laserdruck optimiert sind
- Neuartige Legierungen und Architekturen erhöhen die Leistung gegenüber herkömmlichen Implantaten
- Klinische Nachweise für Sicherheit und Wirksamkeit werden weiter ausgebaut
FAQs
F: Wie viele orthopädische Implantate werden heute im 3D-Druck aus Metall hergestellt?
A: Schätzungsweise 4-5 % aller orthopädischen Geräte wie Hüft-, Knie- und Wirbelsäulenimplantate werden derzeit additiv aus hochwertigen Metallpulvern hergestellt. Es wird jedoch erwartet, dass die Akzeptanz exponentiell zunehmen wird.
F: Gibt es Bedenken hinsichtlich Metallkorrosion oder Ionen aus gedruckten Implantaten?
A: Bei allen Metallimplantaten besteht die Gefahr von Korrosion und Ablagerungen, aber Fortschritte bei Legierungen, Fertigungskontrollen und Oberflächenbehandlungen minimieren die Risiken, so dass sie mit denen herkömmlicher Implantate auf Guss- oder Schmiedebasis vergleichbar sind.
F: Wie hat die Pandemie den Zugang zu Gelenkersatzverfahren, einschließlich metallgedruckter Optionen, beeinträchtigt?
A: Vorübergehende Aussetzungen von elektiven Eingriffen schränkten Hüft- und Kniegelenksprothesen erheblich ein. Der Zugang erholt sich jedoch mit dem wachsenden Bewusstsein der Chirurgen für die Vorteile von 3D-Druckverfahren.
F: Werden 3D-gedruckte Implantate die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Hüftprothesen senken?
A: Derzeit sind gedruckte Implantate teurer als generische Implantate, ermöglichen aber aufgrund der klinischen Leistungsvorteile eine wertorientierte Preisgestaltung. Bei weiterer Verbreitung könnten Größenvorteile bei der Herstellung die Kosteneffizienz verbessern.