DE102010020454A1

DE102010020454A1 - Dünnwandige Endoprothesen-Komponente sowie Herstellungsverfahren und -vorrichtung

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Publication number: DE102010020454A1
Application number: DE201010020454
Authority: DE
Inventors: Dr. Delfosse Daniel; Thomas Oberbach; Claudia Ortmann; Dr. Begand Sabine
Original assignee: Mathys AG Bettlach
Current assignee: Synthes Bettlach GmbH
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-05-15
Also published as: DE102010020454B4

Abstract

Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Endoprothesen-Komponenten zum Einsatz in menschlichem oder tierischem Gewebe wird aus einem keramischen Basismaterial ein Grünkörper geformt und dann gesintert, wobei der Grünkörper durch ein Druckschlickerguss-Verfahren (10) erzeugt wird. Das Druckschlickerguss-Verfahren (10) umfasst als ersten Verfahrensschritt (11) das Erstellen eines Schlickers aus dem Basismaterial. Danach wird eine Gießform mit Schlicker befüllt (12) und der Schlicker mit Druck beaufschlagt (13). Als letzter Verfahrensschritt (14) wird der Grünkörper aus der Form ausgelöst. Des weiteren umfasst die vorliegende Erfindung eine Endoprothesen-Komponenten zum Einsatz in menschliches oder tierisches Gewebe, die aus einem keramischen Basismaterial besteht, das zu einem Grünkörper geformt und dann gesintert ist, wobei der Grünkörper durch ein Druckschlickerguss-Verfahren hergestellt ist, und eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Endoprothesen-Komponente.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Endoprothesen-Komponenten zum Einsatz in menschliches oder tierisches Gewebe aus einem keramischen Basismaterial, das zu einem Grünkörper geformt und dann gesintert wird. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Herstellung der genannten Endoprothesen-Komponenten und die Endoprothesen-Komponente selbst.
Keramische Endprothesen-Komponenten werden häufig als lasttragende Komponenten von Hüft-, Knie-, und Schultergelenken eingesetzt. Sie sind durch hohe Bruchfestigkeit und günstige Abriebeigenschaften insbesondere als Endoprothesen-Komponenten für Gleitpartner in Gelenken, bekannt. Diese keramischen Endoprothesen-Komponenten werden üblicherweise aus einem keramischen Pulver als Basismaterial hergestellt, das durch Zugabe von organischen Additiven zu einem Schlicker und dann zu einem rieselfähigen Granulat verarbeitet wird. Das Granulat wird in eine Form eingefüllt und unter Druck zu einem Pressling geformt.
Die Oberflächenkontur eines derart hergestellten Presslings entspricht nur in groben Zügen der endgültigen Form der Endprothesen-Komponente und muss durch mechanische Bearbeitung, wie z. B. Fräsen etc. in eine endkonturnahe Form gebracht werden. Nach einer thermischen Behandlung wie z. B. Ausgasen, Sintern und optional heißisostatischen Pressen (HIP) folgen weitere Oberflächen-Bearbeitungsschritte des Keramikrohlings der Endoprothesen-Komponente z. B. mit Diamantwerkzeugen.
In der beschriebenen Herstellungsweise ist es von Nachteil, dass der Pressling nur im Groben der Form der späteren Endoprothesen-Komponente entspricht und durch eine Mehrzahl von Bearbeitungsschritten am Pressling oder am gesinterter Keramikrohling in die spätere Form gebracht werden muss. Neben diesen aufwändigen Formgebungsschritten treiben hohe Materialkosten für den massiven Pressling die Herstellungskosten in die Höhe. In den formgebenden Bearbeitungsschritten wird ein beträchtlicher Teil des Basismaterials wieder abgetragen und erhöht somit den Materialausschuss. Weiterhin fallen erhebliche Kosten für Werkzeuge z. B. Fräs- und Schleifwerkzeuge sowie Polierscheiben und -pasten an.
Die EP 0 328 041 A2 beschreibt ein keramisches Implantat und ein Verfahren zu dessen Herstellung mittels Schlickergießen, durch das auch Implantate mit aufwändig geformter Oberfläche herstellbar sind. Das beschriebene Implantat besteht aus einem Implantatkörper, auf den eine Beschichtung aus einem porösen Sinterkörper aufgebracht ist. Ein Grünkörper des Implantatkörpers wird dazu aus teilweise stabilisiertem Zirkondioxidpulver hergestellt, das durch eine bestimmte aufwändige Nasspulverisierungsbehandlung aufgeschlämmt und anschließend durch Schlickervergießen in eine Form eingegossen und gesintert wird.
Damit sich das keramischen Basismaterial beim Schlickerguss genügend stark verdichtet und z. B. eine gewünschte Wandstärke des Implantatkörpers ausbildet, kann lediglich Zirkondioxidpulver mit einer spezifischen BET-Oberfläche von 5 bis 10 m²/g verwendet werden und die Nasspulverisierungsbehandlung muss so ausgeführt werden, dass die spezifische BET-Oberfläche auf den 1,05 bis 2-fachen Wert des Ausgangsmaterials ansteigt.
An dem in der EP 0 328 041 A2 beschriebenen Verfahren ist von Nachteil, dass ein sehr kompliziertes Nasspulverisierungsverfahren notwendig ist, um aus einer sehr begrenzte Auswahl an keramischem Basismaterial keramische Implantate herstellen zu können. Zudem ist die Herstellung von dickwandigen Endoprothesen-Komponenten aus feinkörnigem Basismaterial im Schlickerguss-Verfahren problematisch, da lange Standzeiten, entsprechend dem √t-Gesetz, zur Trocknung des Grünkörpers notwendig sind und damit die Bildung von Luftblasen, sogenannten Lunkern, begünstigt wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu beschreiben mit dem Endoprothesen-Komponenten aus unterschiedlichen Keramiken endkonturnah, in einem einfachen Verfahren und ohne größeren Materialausschuss kostengünstig hergestellt werden können. Eine entsprechende Endoprothesen-Komponente soll nach der Sinterung keine Risse, Defekte oder Lufteinschlüsse aufweisen, so dass die gewünschten Materialeigenschaften der Keramik, wie z. B. hohe Bruchfestigkeit und geringer Abrieb, gewährleistet sind.
Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1, durch die erfindungsgemäße Endprothesen-Komponente gemäß Anspruch 9 sowie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Endoprothesen-Komponente und der Vorrichtung dargestellt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Endoprothesen-Komponenten zum Einsatz in menschlichem oder tierischem Gewebe wird aus einem keramischen Basismaterial ein Grünkörper geformt und dann gesintert, wobei der Grünkörper durch ein Druckschlickerguss-Verfahren erzeugt wird. Das Druckschlickerguss-Verfahren umfasst als ersten Verfahrensschritt das Erstellen eines Schlickers aus dem Basismaterial. Danach wird eine Gießform mit Schlicker befüllt und der Schlicker mit Druck beaufschlagt. Als letzter Verfahrensschritt wird der Grünkörper aus der Form ausgelöst.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der Schlicker durch den aufgebrachten Druck einerseits sehr genau die Kontur der Form ausfüllt und somit auch feine Konturen, die dem endgültigen Implantat bereits sehr genau entsprechen, erzeugt werden können. Andererseits wird durch den aufgebrachten Druck der Schlicker ausreichend stark verdichtet, so dass der resultierende Grünkörper eine sehr hohe Gründichte erreicht. Ein solcher Grünkörper zeichnet sich durch eine geringe Defektdichte aus, die nach dem Sintern zu einer hohen Bruchfestigkeit, hohen Bruchzähigkeit, zu einem feinen Gefüge und zu sehr guten Abriebeigenschaften führt. Die Fertigungsdauer des Grünkörpers verkürzt sich insbesondere bei dickwandigen Endoprothesen-Komponenten.
Die durch das Druckschlickerguss-Verfahren hergestellte Endoprothesen-Komponente entspricht in ihrer Außenkontur weitgehend der gewünschten Prothesenform und muss nur noch geringfügig formgebend nachbearbeitet werden. Somit geht nur wenig Basismaterial durch spanende Formgebung verloren. Dieser sparsame Einsatz von Basismaterial und ein geringer formgebender Nachbearbeitungsaufwand des Grünlings oder auch des gesinterten Werkstücks führen zu einer kostengünstigen Herstellung.
Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren sind insbesondere dünnwandige Endoprothesen-Komponenten einfach herstellbar. Durch die endkonturnahe Ausformung des Grünlings und damit auch der gesinterten Endoprothesen-Komponente reduzieren sich die Arbeitsschritte zur formgebenden Nachbearbeitung und damit auch die Gefahr einer Beschädigung der dünnwandigen Endoprothesen-Komponente.
Vorteilhafterweise wird als Basismaterial ein Oxidkeramik-Material, insbesondere Aluminiumoxid (Al₂O₃), unstabilisiertes oder mit Magnesium-(MgO) und/oder Yttrium-(Y₂O₃) und/oder Ceroxid (CeO₂) stabilisiertes Zirkondioxid (ZrO₂) oder eine sogenannte Dispersionskeramik, die sich aus einer Mischung aus Aluminiumoxid und wahlweise stabilisiertem oder unstabilisiertem Zirkondioxid zusammensetzt, verwendet. Daneben wird als Basismaterial auch Nitridkeramik-Material, insbesondere Siliciumnitrid (Si₃N₄) und/oder Carbidkeramik-Material, insbesondere Siliciumcarbid (SiC) verwendet. Diese Oxid- und Nichtoxidkeramiken bilden in gesinterer Form ein Material, das sich durch hohe Bruchfestigkeit, hohe Bruchzähigkeit, ein feines Gefüge und hervorragende tribologische Eigenschaften ausgezeichnet.
Es ist ebenfalls von Vorteil, dem Basismaterial Partikel, Platelets und/oder Fasern zuzufügen. Die scheibenförmig ausgebildeten Platelets und Partikel, insbesondere Nanopartikel variieren die Korngröße im Basismaterial und verbessern somit dessen Sinterverhalten und Materialeigenschaften. Fasern tragen zur Verstärkung der Keramik und insbesondere zur Erhöhung der Bruchzähigkeit bei.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, den Schlicker zu mahlen, sofern keine zerstörbaren Verstärkungsmaterialien im Schlicker enthalten sind. Somit kann eine bessere Dispergierung des Schlickers erreicht werden.
Vorteilhafter Weise wird Druck durch Zuführen eines gasförmigen Mediums auf den Schlicker ausgeübt. Ein gasförmiges Medium kann einfach in die Schlickerleitung eingeleitet werden. Der Druck kann durch ein Ventil einfach und genau eingestellt werden. Durch das Zuführen von Druckluft können Kosten reduziert werden. Alternativ kann ebenfalls Druck durch Zuführen von Stickstoff oder Edelgas ausgeübt werden. Dabei hat Edelgas den Vorteil, dass es kaum mit anderen Stoffen reagiert und somit ungewollte Reaktionsprodukte im Schlicker ausgeschlossen werden können. Bei Verwendung von Stickstoff wird zumindest eine ungewollte Oxidation vermieden.
Erfindungsgemäße Endoprothesen-Komponenten zum Einsatz in menschliches oder tierisches Gewebe bestehen aus einem keramischen Basismaterial, das zu einem Grünkörper geformt und dann gesintert ist, wobei der Grünkörper durch ein Druckschlickerguss-Verfahren hergestellt ist. Entsprechende Endoprothesen-Komponenten sind endkonturnah ausgeformt, benötigen nur noch wenige konturgebende Behandlungsschritte und sind sehr kostengünstig herstellbar. Somit sind insbesondere dünnwandige und komplex geformte Endoprothesen-Komponenten herstellbar.
Vorteilhafter Weise weist der Grünkörper einer erfindungsgemäßen Endoprothesen-Komponente eine theoretische Dichte mindestens von 50%, besonders bevorzugt von mindestens 54%, auf. Dadurch sind Einschlüsse und Defekte minimiert, die ein späteres Versagen der Endoprothesen-Komponente verursachen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Druckschlickerguss-Verfahrens umfasst eine Schlicker-Druckeinrichtung und eine Gießform, die zur Herstellung einer Endoprothesen-Komponente verwendet wird. Vorteilhafter Weise wird durch Zuführen eines gasförmigen Mediums Druck auf den Schlicker in der Schlicker-Druckeinrichtung ausgeübt.
Es ist insbesondere vorteilhaft, dass die Gießform aus einem porösen Kunststoff mit einer Porengröße von weniger als 20 μm besteht. Die geringe Porengröße verhindert das Eindringen von Basismaterial in die Gießform, so dass sich eine glatte Oberfläche ohne die Bildung von Spitzen ausbilden kann. Dadurch verringert sich der Polieraufwand zur Herstellung einer glatten Endoprothesen-Oberfläche. Des Weiteren lässt sich der Grünkörper einfach durch Rückspülen von Wasser oder Luft in die poröse Gießform aus der Gießform lösen.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer geschnittener Darstellung.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Insbesondere um dünnwandige, schadenstolerante, keramische Endoprothesen-Komponenten aus Keramik herzustellen, ist es notwendig einen extrem defektarmen Grünkörper herzustellen, der eine theoretische Dichte von mindestens 50%, bevorzugt von mindestens 54%, aufweist.
Im ersten Verfahrensschritt 11 wird bevorzugt aus den Basismaterialien Aluminiumoxid, das wahlweise mit bis zu z. B. 0,3 Masseprozent (Ma%) Magnesiumoxid versetzt ist, und/oder aus stabilisiertem oder unstabilisiertem Zirkondioxid unter Verwendung von organischen Additiven und eines geeigneten Dispergiermittels ein Schlicker hergestellt. Zur Stabilisierung des Zirkondioxids wird insbesondere Yttriumoxid (Y₂O₃) und/oder Magnesiumoxid (MgO) und/oder Ceroxid (CeO₂) verwendet. Daneben werden auch Mischungen aus Aluminiumoxid und stabilisiertem oder uristabilisiertem Zirkondioxid, die eine sogenannte Dispersionskeramik bilden, verwendet.
Das Basismaterial kann auch aus einem Nichtoxidkeramik-Material, insbesondere Carbidkeramik-Material, wie z. B. Siliciumcarbid (SiC) oder Borcarbid (B₄C) oder einem Nitridkeramik-Material, wie z. B. Siliciumnitrid (Si₃N₄) bestehen und/oder Siliciumeinschlüße enthalten. Durch organische Additive wie z. B. Binder, Entschäumer oder Dispergatoren kann die Viskosität des Schlickers eingestellt werden. Als Dispergiermittel wird insbesondere Wasser oder Alkohol verwendet.
Zur Verbesserung der Bruchzähigkeit, der Bruchfestigkeit sowie der tribologischen Eigenschaften können weitere Partikel, Platelets oder Fasern aus anorganischem, nichtmetallischem Material zugesetzt werden. Platelets sind scheibenförmige Partikel, die wie auch Fasern festigungssteigernde Eigenschaften besitzen. Die Korngröße des Basismaterials liegt in einem sehr engen Bereich von ca. 0,3 bis 6 μm. Durch das Zusetzen von weiteren Partikeln, insbesondere von Nanopartikeln, kann die sehr homogene Kornverteilung des Basismaterials gespreizt werden und verbessert dadurch die Grünkörperbildung und das Sinterverhalten. Sind keine zerstörbaren Verstärkungsmaterialien im Schlicker enthalten, wird der Schlicker zur besseren Dispergierung bevorzugt gemahlen.
Das Befüllen der Gießform stellt den nächsten Verfahrensschritt 12 dar. Dazu wird Schlicker aus einem Vorratsbehälter über eine Schlickerleitung 25, siehe 2, in eine Gießform eingeleitet. Um den Gießraum 30 beim Befüllen mit dem Schlicker entlüften zu können, führt eine Entlüftungsleitung aus dem Gießraum heraus. Diese wird nach dem Befüllen des Gießraums 30 geschlossen, um einen Druckverlust während der Druckphase zu verhindern.
Als nächstes folgt eine Druckbeaufschlagung 13 des Schlickers in der Gießform. Dazu wird in der Schlicker-Druckeinrichtung 35 eine Druckquelle über eine Druckleitung 26, wie in 2 dargestellt, in die Schlickerleitung eingespeist. Um einen Druckverlust über die Schlickerleitung 25 zu verhindern, wird ein Ventil 34 in der Schlickerleitung 25 geschlossen. Als Druckmedium zum direkten Beaufschlagen des Schlickers mit Druck kann entweder ein gasförmiges oder ein flüssiges Medium verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Druckbeaufschlagung durch ein gasförmiges Medium, insbesondere durch Druckluft im beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet. Druckluft ist dabei einfach und kostengünstig verfügbar. Alternativ eignet sich vor allem Stickstoff, bei geeigneter Rückführung evtl. auch ein Edelgas. Das gasförmige oder flüssige Medium kann ebenso durch eine Pumpe in die Druckleitung 26 eingespeist werden und so den Druck auf den Schlicker erzeugen. So kann die Druckbeaufschlagung auch durch ein Weiterpumpen von Schlicker in die befüllte Gießform erreicht werden. Kombinationen der verschiedenen beschriebenen Druckbeaufschlagungsvarianten sind ebenso möglich.
Die Flüssigkeit des Schlickers wird durch die Druckbeaufschlagung durch eine Gießform, die in bevorzugter Weise aus einem porösen Kunststoff besteht, gepresst und ausgeleitet. Durch die Druckbeaufschlagung werden die Partikel des Basismaterials soweit verdichtet und entwässert, dass ein Grünkörper mit 54% theoretischer Dichte und mehr hergestellt werden kann.
Im nächsten Verfahrensschritt 14 wird der Grünkörper aus der Gießform ausgelöst. Dies kann unter Verwendung von Wasser oder Druckluft, die durch eine Rückspülleitung 29 der Gießform zugeführt wird, geschehen. Es können hierzu auch direkt die Medien für die Druckbeaufschlagung verwendet werden. Der Grünkörper wird dann durch die Erzeugung eines Unterdruck, z. B. mittels Saugeinrichtung, aus der Gießform entnommen.
Der entstandene Grünkörper weist die exakte Oberflächenkontur der Gießform auf. Bei Bedarf kann die Oberfläche des Grünkörpers durch eine Grünbearbeitung, siehe Verfahrensschritt 15, verfeinert und der gewünschten Endkontur angepasst werden. In vielen Fällen ist die Oberflächenkontur des Grünkörpers aber bereits endkonturnah, sodass der Grünkörper direkt einem nächsten Verfahrensschritt zugeführt werden kann.
Dazu wird der Grünkörper thermischen Prozessen 16 unterzogen. Diese thermischen Prozesse 16 umfassen eine Trocknung, ein Ausgasen, ein Sintern und optional ein heißisostatisches Pressen. Danach liegt die Endoprothesen-Komponente in gesinterter Form und mit den gewünschten Materialeigenschaften vor. Durch die hohe theoretische Dichte des Grünkörpers treten nach den thermischen Prozessen, insbesondere nach der Sinterung, keine relevanten Rissbildungen oder Oberflächendefekte auf.
Abschließend erfolgt die Hartbearbeitung 17 der Endprothesen-Komponente. Durch letzte Schleifarbeiten wird die endgültige Form hergestellt. Durch Polieren wird die Oberfläche geglättet und somit die erforderliche Oberflächenqualität erreicht.
Das beschriebene Herstellungsverfahren eignet sich insbesondere für dünnwandige, schadenstolerante, keramische Endoprothesen-Komponenten wie z. B. uni- oder bikondyläre Kniekondylen, Gleitflächen für Hüft- oder Schultergelenkprothesen oder auch Inlays als Gleitpartner für Kniekondylen. Ebenso können kleine, filigrane Komponenten zum Einsatz in Fingergelenken auf diese Weise gefertigt werden. Besonders dünnwandige Gelenkpfanneneinsätze erlauben die Herstellung kleiner Implantatgrößen insbesondere für junge Patienten.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer Endoprothesen-Komponente mittels Druckschlickergussverfahren dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Gießform aus einem ersten und einem zweiten Formteil 21, 22, die durch einen ersten und zweiten Pressstempel 23, 24 zu einer geschlossenen Gießform zusammengehalten werden. Dazu wird der erste und zweite Pressstempel 23, 24 unter Anwendung von Druck gegeneinander gepresst. Siehe dazu die in 2 dargestellten Pfeile. Der Druck kann z. B. über einen oder mehrere Hydraulikzylinder ausgeübt werden.
Die einander zugewandten Oberflächen des ersten und zweiten Formteils 21, 22 definieren die Außen- bzw. Innenkontur 27, 28 des zu gießenden Grünkörpers. Der so entstandene Gießraum 30 wird mit Schlicker über eine Schlickerleitung 25, 25' befüllt. Dazu wird Schlicker aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter mittels einer Pumpe 32 in die Schlickerleitung 25 gepumpt und bei geöffnetem Ventil 34 dem Gießraum 30 zugeführt. Ist der Gießraum 30 vollständig mit Schlicker befüllt, werden das Schlickerleitungsventil 34 zum Schlickertank und eventuell vorhandene Belüftungsventile, die während des Befüllens geöffnet sind um Lufteinschlüsse zu vermeiden, geschlossen.
Über eine Druckleitung 26 wird nach dem Öffnen des Druckleitungsventils 33 der Schlicker im Gießraum 30 und in einem an den Gießraum 30 angrenzenden Bereich der Schlickerleitung 25' mit Druck von 0,2 bis 5 MPa (2 bis 50 bar) beaufschlagt. Zur Druckbeaufschlagung kann ein gasförmiges oder auch flüssiges Medium verwendet werden. Insbesondere wird Druckluft, die günstig und einfach bereitgestellt werden kann, in die Druckleitung 26 eingeleitet. Ebenso kann Stickstoff oder ein Edelgas als gasförmiges Medium verwendet werden. Das gasförmige oder flüssige Medium kann ebenso durch eine Pumpe, z. B. eine Membranpumpe, in 2 nicht dargestellt, in die Druckleitung 26 eingespeist werden und so den Druck auf den Schlicker erzeugen. Es muss dabei sichergestellt sein, dass die Schlickermenge in der Gießform 30 und in dem mit Druck beaufschlagten Bereich 25' der Schlickerleitung 25 ausreicht, um den Gießraum 30 auch unter einem maximal wirkenden Druck vollständig auszufüllen.
Die Druckbeaufschlagung kann auch durch ein Weiterpumpen von Schlicker in den Gießraum 30 erreicht werden. In diesem Fall bleibt das Schlickerleitungsventil 34 nach dem Befüllen des Gießraums 30 offen. Eine Schlickerpumpe 32, fördert unter Druck weiter Schlicker in die den Schlickerleitungsbereich 25' bzw. den Gießraum 30 und sorgt damit für die Druckbeaufschlagung. Eine z. B. als Membranpumpe ausgebildete Schlickerpumpe 32 saugt bei einer Auswärtsbewegung der Membran 38, die beispielsweise durch einen exzentrisch geführten Kolben erzwungen wird, Schlicker über das Einlass-Rückschlagventil 37 an. Ein nach außen öffnendes Auslass-Rückschlagventil 36 bleibt geschlossen. Im nächsten Halbzyklus des Kolbens wird die Membran 38 nach innen bewegt. Durch den im Inneren der Pumpe steigenden Druck schließt das Einlass-Rückschlagventil 37. Das Auslass-Rückschlagventil 36 öffnet und der Schlicker strömt in die Schlickerleitung 25. Eine in gleicher Weise arbeitende Pumpe kann zur Druckbeaufschlagung von gasförmigen oder flüssigen Medien in der Druckleitung 26 verwendet werden.
Die Gießform, d. h. im gezeigten Beispiel das erste und zweite Formteil 21, 22 bestehen aus einem porösen permeablen Kunststoff mit einer Porengröße < 20 μm. Durch die Poren der Formteile 21, 22 können die flüssigen Komponenten, insbesondere Wasser aus dem Schlicker austreten und über eine Rückspülleitung 29 abgeleitet werden.
Zum Lösen des gebildeten Grünkörpers 31 wird Wasser oder Druckluft z. B. über die Rückspülleitung 29 in die poröse Gießform einleitet und an den Grünkörper herangeführt. Die Presstempel 23, 24 werden auseinander bewegt und der Grünkörper z. B. wird mittels eines Saugelements aus einem Formteil 21, 22 entnommen.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Eine Druckbeaufschlagung des Schlickers kann durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium oder durch mechanische Druckausübung mittels einer Pumpe allein oder durch eine Kombination der beschriebenen Druckbeaufschlagungsmöglichkeiten erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0328041 A2 [0005, 0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Endoprothesen-Komponenten aus einem keramischen Basismaterial, das zu einem Grünkörper (31) geformt und dann gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünkörper (30) durch ein Druckschlickerguss-Verfahren (10) mit den Verfahrensschritten – Erstellen eines Schlickers (11) aus dem Basismaterial – Befüllen einer Form (12) mit Schlicker – Beaufschlagung des Schlickers mit Druck (13) – Auslösen des Grünkörpers aus der Form (14) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial aus einem Oxidkeramik-Material, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkondioxid (ZrO₂) oder einer Mischung aus beiden oder aus Nitridkeramik-Material, insbesondere Siliciumnitrid (Si₃N₄) oder Carbidkeramik-Material, insbesondere Siliciumcarbid (SiC) besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkondioxid unstabilisiert ist oder mit Magnesium- und/oder Yttrium- und/oder Cer-Oxid stabilisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel, Platelets und/oder Fasern dem Basismaterial zugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Nanopartikel dem Basismaterial zugefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker gemahlen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck durch Zuführen eines gasförmigen Mediums und/oder durch ein Weiterpumpen von Schlicker in die Form ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck durch Zuführen von Druckluft, Stickstoff und/oder einem Edelgas ausgeübt wird.
Endoprothesen-Komponente aus einem keramischen Basismaterial, das zu einem Grünkörper (31) geformt und dann gesintert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünkörper (31) durch ein Druckschlickerguss-Verfahren (10) hergestellt ist.
Endoprothesen-Komponente nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial aus Oxidkeramik-Material, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkondioxid (ZrO₂) oder einer Mischung aus beiden oder aus Nitridkeramik-Material, insbesondere Siliciumnitrid (Si₃N₄) oder Carbidkeramik-Material, insbesondere Siliciumcarbid (SiC) besteht.
Endoprothesen-Komponente nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünkörper (31) eine theoretische Dichte von mindestens 50%, insbesondere von mindestens 54% aufweist.
Endoprothesen-Komponente nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endoprothese-Komponente in einer Kniegelenk-Endoprothese, insbesondere als Ersatz für die Artikulationsfläche einer Kniekondyle oder eines Tibiaknochens oder als eine Schultergelenk-, Hüftgelenk- oder Fingergelenk-Endoprothese oder als Knochenersatz verwendbar ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Druckschlickerguss-Verfahrens (10) mit einer Schlicker-Druckeinrichtung (35) und einer Gießform (21, 22), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Herstellung einer Endoprothesen-Komponente verwendet wird und dass die Schlicker-Druckeinrichtung (35) durch Zuführen eines gasförmigen Mediums und/oder mechanisch Druck auf den Schlicker ausgeübt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (21, 22) aus einem porösen Kunststoff mit einer Porengröße von weniger als 20 μm besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Druck durch eine Pumpe, insbesondere eine Membranpumpe, ausgeübt wird.