DE102009025884A1 - Schleudergussverfahren zum maßgenauen Herstellen von Knie- und Hüftgelenks-Endoprothesen aus Titan und Titanlegierungen - Google Patents

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Abstract

Schleudergussverfahren zum maßgenauen Herstellen von Knie- und Hüftgelenks-Endoprothesen aus Titan und Titanlegierungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schleudergussverfahren zur Herstellung von hochreinen, lunkerfreien Endoprothesen höchster Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit, z. B. Knie- und Hüftgelenksprothesen, aus biokompatiblen Titanlegierungen.
  • Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, ein künstliches Knie- oder Hüftgelenk entweder gießtechnisch aus z. B. weniger biokompatiblen CoCr-Legierungen, mit der Neigung zu allergischen Reaktionen, oder aus einem Titan-Schmiederohling mittels mechanischer Bearbeitungsverfahren, z. B. Fräsen und Polieren, herzustellen.
  • Weitere Herstellverfahren für Titan-Prothesen sind aufbauende Verfahren, z. B. Sinterverfahren mittels Laser oder Elektronenstrahl.
  • Diese sind entweder sehr teuer oder weniger maßstabsgetreu – und bedürfen einer aufwändigen Nachbearbeitung – oder beides.
  • Titanimplantate aus dem Dentalbereich, die nach dem Schleudergussverfahren hergestellt werden, sind weder völlig frei von α-case Oberflächen noch lassen sich diese Verfahren (z. B. Ti Cast Super R, Symbiocast, Fa. Girrbach Dental) auf große Schmelzegewichte ≥ 200 g übertragen, wie sie bei Knie- und Hüftgelenksimplantaten notwendig sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein kostengünstiges Herstellverfahren angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Schleudergussverfahren zur Herstellung von Knie- und Hüftgelenksendoprothesen aus Titan-Legierungen oder Reintitan vorgeschlagen.
  • Eine nach dem Schleudergussverfahren hergestellte Knie- oder Hüftendoprothese aus Reintitan oder Titanlegierungen weist einen deutlichen Herstellkostenvorteil bei biokompatiblen Endoprothesen gegenüber dem Stand der Technik auf.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der gesamte Schmelz-, Gieß- und nachfolgende Erstarrungsprozess unter Vakuumbedingungen mit Drücken < 1.0 mbar im Rezipienten durchgeführt.
  • Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt der Schleudervorgang innerhalb einer Beschleunigungszeit von 0.6–1.0 sec auf eine Drehzahl bis zu 150 U/min. Die nachfolgende Erstarrung in der Gießform erfolgt auf einer konstanten Drehzahl, die bis zu 150 U/min betragen kann, innerhalb einer Zeitspanne von bis zu 10 min.
  • Damit können die Reaktionen der Schmelze, sowie des nach dem Gießen noch heißen Gussteils, mit der Gussform erheblich reduziert werden. Dies führt zu deutlich verbesserter Oberflächenqualität des Gussteils und deutlich reduziertem α-case in der Randzone des Gussteils.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mit dem Schleudergussverfahren Titan-Legierungen, z. B. Ti Al6V4 oder Ti Al6Nb7, Reintitan oder intermetallische TiAl-Legierungen, die folgende Zusammensetzungen aufweisen, vergossen werden.
  • TiAl-Legierung: AL (45–49 at %) + X1(2–4 at %) + X2(1–8 at %) + X3(≤ 1 at %)
  • Dabei gilt: X1 = V, Cr, Y; X2 = Nb, Mo; X3 = O, C
  • Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Gießform eine inerte Face Coat-Schicht aus Y2O3 oder Cer-Oxid auf.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Gießform zum Gießen auf eine Temperatur zwischen 100°C und 800°C aufgeheizt.
  • Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung können mit dem Schleudergussverfahren Schmelzegewichte bis zu 2,5 kg vergossen werden.
  • Die Gießform kann dabei ein Gewicht zwischen 5 kg und 14 kg aufweisen.

Claims (11)

  1. Schleuderverfahren unter Vakuum zur Herstellung von Knie- und Hüftgelenks-Endoprothesen aus Titan und Titanlegierungen.
  2. Schleudergussverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schmelz-, Gieß- und Erstarrungsprozess unter Fein-Vakuumbedingungen 1...10–3 mbar stattfindet.
  3. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich Schmelztiegel und Gussform in einem, rotierenden und beschleunigten, Schleuderarm befinden.
  4. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleuderarm mit Schmelztiegel und Gussform innerhalb 0.6–1.0 sec auf eine max. Drehzahl von 150 U/min beschleunigt wird.
  5. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Erstarrungsprozess bei konstanter Drehzahl von bis zu 150 U/min während einer Zeitdauer von bis zu 10 min erfolgt.
  6. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verwendete Material entweder Reintitan oder eine Titanlegierung, z. B. Ti Al6V4 oder Ti Al6Nb7 ist.
  7. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verwendete Legierung eine intermetallische Phase, Titan-Aluminid, mit folgender Zusammensetzung ist: AL (45–49 at %) + X1(2–4 at %) + X2(1–8 at %) + X3(≤ 1 at %)Dabei gilt: X1 = V, Cr, Y; X2 = Nb, Mo; X3 = O, C
  8. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur der Gießform zwischen 100°C und 800°C liegt.
  9. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gießform eine inerte Y2O3-Face Coat-Schicht aufweist.
  10. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schmelztiegel ein Fassungsvermögen bis 2,5 kg Schmelze aufweist.
  11. Schleudergussverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gussform ein Gewicht von 5–14 kg aufweist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29623992U1 (de) * 1996-07-03 2001-02-08 Shera Werkstofftechnologie Gmb Beschichtete Gußform aus feuerfester Keramik
DE102004022458B4 (de) * 2004-04-29 2006-01-19 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Kaltumformbare Formkörper aus Titanbasislegierungen und Verfahren zu deren Herstellung

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Non-Patent Citations (1)

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Title
K.Krone: "Herstellung und Eigenschaften von Fein- und Kompaktgussteilen aus Titanwerkstoffen". In: Giesserei 65, 1978, Nr. 20, S. 540-549 *

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