Kunstig bein generert av datamaskin

Denne teknologien tar ledelsen fra naturen: Bones er mesterverk av lett konstruksjon som tåler enorme påkjenninger.

Under det harde ytre lag sitter en porøs struktur. Hullene i dette svamp er ikke det samme størrelse overalt i et bein. Områder underlagt spesielle stress, slik som lårbenshodet, har større porer enn områder som kun har til å motstå kreftene i én retning, slik som den tynne midtre delen av femur.

"Vi kan nå simulere på datamaskinen den slags intern struktur en komponent trenger så det er optimalt designet for et bestemt program", forteller Andreas Burblies fra Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Applied Materials Research IFAM. Arbeidsstykket - bare datamodellen selvfølgelig - er brutt ned i små terninger. De nødvendige styrken kan da beregnes for hvert av disse elementene så snart de ytre kreftene som virker på komponenten er kjent. Det Bremen-baserte forskere er nå også søker denne finite element prosessen på porøse materialer som brukes for lett konstruksjon, slik som metall skum brukes av bilindustrien. De kan avgjøre hvor porene skal være liten og hvor store hullene er akseptable.

Så langt om det ikke har vært mulig å produsere disse typer komponenter til gitte spesifikasjoner. Fordi metall skum er produsert på en lignende måte å kake, nemlig fra et metall pulver og et hevemiddel som slipper ut en gass under "baking" - med andre ord når metallet smelter. Varierende tettheter kan ikke bli produsert ved hjelp av denne metoden. Det Bremen-baserte forskerne derfor slått til rapid prototyping. En laserstråle smelter bare metallpulver der pore kantene er senere å bli funnet. Eventuelle gjenstående pulver blir deretter fjernet. Lag på lag dette skaper en åpen studert materiale som har helt riktig densitet ved hvert punkt. "Vi kan derfor produsere komponenter som oppfyller strenge krav med minimal vekt", entusiastisk Andreas Burblies.

Produsenter av bein implantater er blant de som er interessert i denne teknologien. Implantater er i dag produsert til millimeterpresisjon, men er laget av solid titan. Implantater ville være i stand til å tåle de påkjenninger enda lenger hvis de tar ledelsen fra den interne strukturen i deres naturlige motstykker - et håp som deles av bedrifter, leger og pasienter likt.

http://www.fraunhofer.de