Künstlicher Knochen aus dem Computer

Foto: Rippen

Knochen eignen sich als Modell für den Leichtbau, da sie unter der harten äußeren Schicht eine poröse Struktur haben. Die Löcher dieses "Schwamms" sind im Knochen nicht überall gleich groß: Flächig belastete Teile wie der Oberschenkelkopf weisen größere Poren auf als solche, die nur Kräfte in einer Richtung aushalten müssen, wie etwa der schlanke Mittelbereich des Oberschenkelknochens.

"Inzwischen können wir am Computer simulieren, welche innere Struktur ein Bauteil haben muss, damit es für eine bestimmte Anwendung optimal ausgelegt ist", berichtet Andreas Burblies vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM. Dazu wird das Werkstück rechnerisch in sehr kleine Würfelchen zerlegt. Für jedes einzelne dieser Elemente kann dann beispielsweise die erforderliche Festigkeit errechnet werden, wenn die äußeren Kräfte bekannt sind, die auf das Bauteil wirken.

Die Bremer Forscher wenden dieses Verfahren der "Finiten Elemente" jetzt auch auf die porösen Materialien des Leichtbaus an. Zum Beispiel auf die Metallschäume, die im Automobilbau eingesetzt werden. Sie können damit herausfinden, wo die Poren klein sein müssen und wo größere Löcher ausreichen.

Bisher war es allerdings nicht möglich, solche Bauteile gezielt zu fertigen. Denn Metallschäume bestehen aus Metallpulver und Treibmittel, das beim Schmelzen des Metalls ein Gas freisetzt. Dichteunterschiede lassen sich dabei nicht erzeugen. Mit Rapid Prototyping kann ein Laserstrahl allerdings das Metallpulver dort schmelzen, wo später die Stege der Poren sein sollen. Übriggebliebenes Pulver wird anschließend entfernt. Schicht um Schicht entsteht ein offen-poriges Material, das an jeder Stelle genau die gewünschte Dichte aufweist.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft