BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Werkstoff, insbesondere für medizinische Instrumente oder ImplantateMaterial, especially for medical instruments or implants
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff, insbesondere für medizinische Instrumente oder Implantate.The invention relates to a material, in particular for medical instruments or implants.
Es liegt dabei die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff bereitzustellen, welcher vorteilhafte Eigenschaften aufweist.The aim is to provide a material that has advantageous properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hochschmelzendes Kunststoffmaterial, welches mittels eines Metallhydrids aufgeschäumt ist, gelöst.This object is achieved according to the invention by a high-melting plastic material which is foamed by means of a metal hydride.
Durch den Einsatz von Metallhydriden wie Titanhydrid oder Zirkonhydrid lassen sich thermoplastische Polymere mit einer Erweichungstemperatur insbesondere oberhalb 25O0C aufschäumen. Die Aufschäumung erfolgt durch eine Zersetzung des Metallhydrids unter Bildung von gasförmigem Wasserstoff, wobei durch den gasförmigen Wasserstoff eine Porenstruktur in dem Werkstoff erzeugt wird. Es wird somit ein chemisches Treibmittel verwendet, so daß sich unter geringem maschinentechnischen Aufwand Formteile herstellen lassen.By using metal hydrides such as titanium hydride or zirconium hydride, thermoplastic polymers with a softening temperature above 2500 C can be foamed. The foaming takes place through the decomposition of the metal hydride to form gaseous hydrogen, whereby the gaseous hydrogen creates a pore structure in the material. A chemical blowing agent is thus used, so that molded parts can be produced with little mechanical effort.
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Diese Formteile lassen sich bei Materialeinsparung mit reduziertem Gewicht herstellen; es ist möglich, größere Wandstärken herzustellen, wobei dann die entsprechenden Werkstücke weniger Einfallstellen und weniger Verzugsneigung aufweisen.These molded parts can be manufactured with reduced weight while saving material; it is possible to produce greater wall thicknesses, whereby the corresponding workpieces then have fewer sink marks and less tendency to warp.
Werden solche Werkstoffe bei medizinischen Instrumenten eingesetzt, dann ergibt sich aufgrund der entsprechenden geringeren Wärmekapazität im Vergleich zu einem Vollmaterial ein verbessertes Trocknungsverhalten, womit sich wiederum die Sterilisation eines entsprechenden medizinischen Instrumentes einfacher und sicherer durchführen läßt. Da sich auch Wandstärken verringern lassen, kann Wärme aus dem Material schneller nach außen geführt werden, um so wiederum schneller eine vollständige Trocknung des Instrumentes zu erreichen. Dieser Effekt wird auch noch durch die Metallanteile aufgrund des Metallhydrids in dem Werkstoff verbessert.If such materials are used in medical instruments, the lower heat capacity results in improved drying properties compared to solid material, which in turn makes sterilization of the corresponding medical instrument easier and safer. Since wall thicknesses can also be reduced, heat can be conducted out of the material more quickly, in order to achieve complete drying of the instrument more quickly. This effect is also improved by the metal content due to the metal hydride in the material.
Implantate, welche aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellt sind, lassen sich mit hoher Struktursteifigkeit bei verringertem Gewicht ausbilden. Insbesondere bei der Verwendung von Titanhydrid als Metallhydrid wird das Anwachsverhalten von Knochen an das Implantat verbessert, da fein dispergierte Titanpulverablagerungen an dem Implantat vorhanden sind. Die Metallmenge wiederum läßt sich dabei so gering halten, daß eine gute Diagnose mit bildgebenden Verfahren durch das mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellte Implantat nach Einpflanzung in den Körper sichergestellt ist. Außerdem weist das entsprechende Implantat eine hohe Biokompatibiiität auf.Implants made from the material according to the invention can be designed with high structural rigidity and reduced weight. In particular, when titanium hydride is used as the metal hydride, the growth behavior of bone onto the implant is improved because finely dispersed titanium powder deposits are present on the implant. The amount of metal can in turn be kept so low that a good diagnosis with imaging methods is ensured by the implant made from the material according to the invention after it has been implanted in the body. In addition, the corresponding implant has a high level of biocompatibility.
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Der Metallanteil in dem erfindungsgemäßen Werkstoff läßt sich so gering halten, daß die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffmaterials im Vergleich zum unmodifizierten Basismaterial nicht wesentlich beeinflußt sind.The metal content in the material according to the invention can be kept so low that the mechanical properties of the plastic material are not significantly influenced compared to the unmodified base material.
Es kann vorgesehen sein, daß das polymere Kunststoffmaterial mittels Titanhydrid aufgeschäumt ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Implantat hergestellt werden soll, da sich fein dispergierte Titanablagerungen oder -einlagerungen ergeben, die das Anwachsverhalten von Knochen an das Implantat verbessern.
10It can be provided that the polymer plastic material is foamed using titanium hydride. This is particularly advantageous if an implant is to be manufactured, as finely dispersed titanium deposits or inclusions result, which improve the growth behavior of bone to the implant.
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Es kann auch vorgesehen sein, daß das Polymer mittels Zirkonhydrid aufgeschäumt ist.It can also be provided that the polymer is foamed using zirconium hydride.
Insbesondere liegt dabei die Erweichungstemperatur des polymeren Materials oberhalb 2500C (Hochtemperaturthermoplast). Mittels der Verwendung von Metallhydrid als Treibmittel läßt sich bei Hochtemperaturthermoplasten insbesondere aus der PAEK-Gruppe mit Schmelzpunkten im Bereich zwischen 3000C und 4000C (wie PEEK oder PEK) ein Aufschäumen mit Porenbildung erreichen.
20In particular, the softening temperature of the polymer material is above 2500 C (high-temperature thermoplastic). By using metal hydride as a blowing agent, foaming with pore formation can be achieved with high-temperature thermoplastics, particularly from the PAEK group with melting points in the range between 3000 C and 4000 C (such as PEEK or PEK).
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Es ist insbesondere vorgesehen, daß der Gewichtsanteil an Metall des Metallhydrids im Werkstoff unterhalb 20 % liegt, um so die mechanischen Eigenschaften durch den Metallanteil nicht wesentlich zu beeinflussen. Ferner läßt sich dadurch sicherstellen, daß bei Implantaten eine gute Diagnose mit bildgebenden Verfahren durch das Implantat hindurch möglich ist. InsbesondereIn particular, it is intended that the weight proportion of metal of the metal hydride in the material is below 20% so that the mechanical properties are not significantly influenced by the metal content. Furthermore, this ensures that good diagnosis is possible with imaging techniques through the implant. In particular,
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liegt der Gewichtsanteil an Metall unterhalb 5 %. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel liegt der Gewichtsanteil bei ca. 3 %.the weight proportion of metal is below 5%. In an advantageous embodiment, the weight proportion is approximately 3%.
Weiterhin günstig ist es, wenn die Dichte des Werkstoffes zwischen 10 % und 95 % und insbesondere zwischen 30 % und 80 % des ungeschäumten (kompakten) Polymermaterials liegt. Bei einem Ausführungsbeispiels aus PEEK, bei dem Titanhydrid mit einem Gewichtsanteil von ca. 3 % zugegeben wurde, wurde die Dichte auf 65 % gegenüber dem Kompaktmaterial herabgesetzt. Erfindungsgemäß läßt sich auch eine offenporige Struktur herstellen.It is also advantageous if the density of the material is between 10% and 95% and in particular between 30% and 80% of the unfoamed (compact) polymer material. In an example made of PEEK, in which titanium hydride was added in a weight proportion of approx. 3%, the density was reduced to 65% compared to the compact material. According to the invention, an open-pore structure can also be produced.
Weiterhin ist es günstig, wenn die mittlere Porengröße im Bereich zwischen 50 &mgr;&idiagr;&eegr; und 5000 &mgr;&idiagr;&eegr; liegt und beispielsweise zwischen 100 &mgr;&idiagr;&eegr; und 500 &mgr;&idiagr;&eegr; bei einer geschlossenporigen Struktur verteilt liegt. Je nach Herstellungsbedingungen kann eine räumlich homogene Porenverteilung oder eine inhomogene oder einen definierten Gradienten aufweisende Verteilung hergestellt werden.Furthermore, it is advantageous if the average pore size is in the range between 50 μm and 5000 μm and is distributed, for example, between 100 μm and 500 μm in a closed-pore structure. Depending on the manufacturing conditions, a spatially homogeneous pore distribution or an inhomogeneous distribution or a distribution with a defined gradient can be produced.
Die Erfindung betrifft ferner ein medizinisches Instrument, welches mindestens ein Teil aufweist, welches aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellt ist. Beispiele solcher Instrumente sind Klammern, Zangen, Scheren usw.The invention further relates to a medical instrument which has at least one part which is made from the material according to the invention. Examples of such instruments are clamps, forceps, scissors, etc.
Ferner betrifft die Erfindung ein medizinisches Implantat, welches mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellt ist.Furthermore, the invention relates to a medical implant which is produced with the material according to the invention.
Die Vorteile solcher medizinischen Instrumente und Implantate wurden im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff bereits beschrieben.The advantages of such medical instruments and implants have already been described in connection with the material according to the invention.
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Erfindungsgemäß wird Metallhydrid zur Aufschäumung eines thermoplastischen Kunststoffes verwendet. Durch den Einsatz von Metallhydrid, welches sich bei Wärmebehandlung zersetzt, so daß gasförmiger Wasserstoff abgespalten wird, lassen sich auch Hochtemperaturthermoplaste wie beispielsweise aus der PAEK-Gruppe mit einer Erweichungstemperatur oberhalb 2500C chemisch aufschäumen, so daß sich Formteile mit geringem maschinentechnischen Aufwand herstellen lassen.According to the invention, metal hydride is used to foam a thermoplastic. By using metal hydride, which decomposes during heat treatment so that gaseous hydrogen is released, high-temperature thermoplastics such as those from the PAEK group with a softening temperature above 2500 C can also be chemically foamed so that molded parts can be produced with little mechanical effort.
Insbesondere läßt sich der erfindungsgemäße Werkstoff zur Herstellung eines medizinischen Instrumentes oder eines medizinischen Implantates verwenden.In particular, the material according to the invention can be used to produce a medical instrument or a medical implant.
Es ist dabei vorgesehen, daß dem Kunststoffmaterial ein Metallhydrid zugegeben wird und daß ein Erwärmungsvorgang zur thermischen Zersetzung des Metallhydrids und Aufschäumung des Kunststoffmaterials durchgeführt wird.It is envisaged that a metal hydride is added to the plastic material and that a heating process is carried out for the thermal decomposition of the metal hydride and foaming of the plastic material.
Es läßt sich dann ein Formteil aus einem aufgeschäumten Kunststoffmaterial herstellen, welches verbesserte Eigenschaften aufweist, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff erläutert wurden. Alternativ ergibt sich die Möglichkeit, ein Halbzeug herzustellen und dieses dann unter Wärmebehandlung unter Zersetzung des Metallhydrids aufzuschäumen und damit zu expandieren, um so das Werkstück herzustellen.A molded part can then be produced from a foamed plastic material which has improved properties, as already explained in connection with the material according to the invention. Alternatively, it is possible to produce a semi-finished product and then foam it under heat treatment with the decomposition of the metal hydride and thus expand it in order to produce the workpiece.
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Insbesondere wird dabei der Erwärmungsvorgang zur Zersetzung des Metallhydrids oberhalb der Erweichungstemperatur des Kunststoffmaterials durchgeführt. Das Kunststoffmaterial weist dann in diesem Temperaturbereich eine viskose Konsistenz auf. Durch Entstehung von gasförmigem Wasserstoff bei der Zersetzung des Metallhydrids wird dann eine Aufschäumung des Kunststoffmaterials erreicht, wobei sich Poren in diesem bilden. Das Kunststoffmaterial expandiert dabei, so daß die Dichte reduziert wird.In particular, the heating process for decomposing the metal hydride is carried out above the softening temperature of the plastic material. The plastic material then has a viscous consistency in this temperature range. The formation of gaseous hydrogen during the decomposition of the metal hydride then causes the plastic material to foam, forming pores in it. The plastic material expands in the process, so that the density is reduced.
Der Erwärmungsvorgang zur thermischen Zersetzung des Metallhydrids kann bei der Formgebung des Werkstückes durchgeführt werden und insbesondere direkt bei der Formgebung des Werkstückes, beispielsweise bei einem Extrusionsvorgang.The heating process for thermal decomposition of the metal hydride can be carried out during the shaping of the workpiece and in particular directly during the shaping of the workpiece, for example during an extrusion process.
Es ist aber auch alternativ oder zusätzlich möglich, daß der Erwärmungsvorgang nach Herstellung eines Halbzeugs durchgeführt wird. Das hergestellte Halbzeug wird dann der Wärmebehandlung unterzogen und das Teil expandiert dabei.Alternatively or additionally, it is also possible for the heating process to be carried out after the semi-finished product has been manufactured. The semi-finished product is then subjected to heat treatment and the part expands in the process.
Günstigerweise wird dem Ausgangs-Kunststoffmaterial Metallhydrid mit einem Volumenanteil von höchstens 20 % zugegeben. Um einen kompakten Werkstoff zu erhalten, hat sich eine Zugabe von höchstens 3 Volumen-% an Metallhydrid als vorteilhaft erwiesen.It is advantageous to add metal hydride to the starting plastic material in a volume fraction of no more than 20%. In order to obtain a compact material, an addition of no more than 3% by volume of metal hydride has proven to be advantageous.
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Ferner ist es günstig, wenn Metallhydrid in einem Gewichtsanteil von höchstens 20 % zugegeben wird und vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von höchstens 5 % zugegeben wird. Dadurch läßt sich erreichen, daß das Metall in dem Werkstück dessen mechanische Eigenschaften nur gering beeinflußt.Furthermore, it is advantageous if metal hydride is added in a weight proportion of no more than 20% and preferably in a weight proportion of no more than 5%. This ensures that the metal in the workpiece only has a minimal influence on its mechanical properties.
Als Metallhydrid kann beispielsweise Titanhydrid und/oder Zirkonhydrid zugegeben werden.Titanium hydride and/or zirconium hydride, for example, can be added as metal hydride.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß Kunststoffmaterial beispielsweise in der Form von Granulat oder Pulver Metallhydridpulver zugegeben wird und diese Mischung dann verarbeitet wird, indem beispielsweise ein Preßkörper hergestellt wird, der dann versintert wird, oder indem die Mischung erhitzt wird und ein Extrusionsvorgang oder ein Spritzvorgang durchgeführt wird. Die Aufschäumung kann auch in einem Kalander erfolgen.It can be provided that plastic material, for example in the form of granules or powder, is added to metal hydride powder and this mixture is then processed, for example by producing a pressed body which is then sintered, or by heating the mixture and carrying out an extrusion process or an injection process. The foaming can also take place in a calender.
Es kann auch vorgesehen sein, daß zumindest teilweise direkt ein metallhydridhaltiges Kunststoffmaterial verwendet wird, das heißt daß das Ausgangsmaterial bereits vorgemischt ist.It can also be provided that a plastic material containing metal hydride is used at least partially directly, i.e. that the starting material is already premixed.
Es ist möglich, beim Sintervorgang die Wärmebehandlung zur Zersetzung des Metallhydrids durchzuführen. Da beim Sintern eines Preßkörpers dieser erhitzt werden muß, beispielsweise in einem Ofen, läßt sich auf fertigungstechnisch einfache Weise die Expansion des Werkstoffes des Preßkörpers erreichen.It is possible to carry out heat treatment to decompose the metal hydride during the sintering process. Since a pressed body has to be heated during sintering, for example in a furnace, the expansion of the material of the pressed body can be achieved in a simple manufacturing process.
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Es ist auch möglich, daß ein hergestelltes Halbzeug der Wärmebehandlung zur Zersetzung des Metallhydrids unterzogen wird. Es wird dann ein Vor-Formkörper hergestellt, der unter Wärmebehandlung zur endgültigen Herstellung des Formteiles expandiert wird. Es ist auch möglich, gleich bei einem Extrusionsvorgang die Wärmebehandlung zur Zersetzung des Metallhydrids durchzuführen. Insbesondere ist dann bei einem Spritzgußvorgang in einer Form eine direkte Herstellung eines Werkstückes aus dem aufgeschäumten Kunststoffmaterial möglich.It is also possible for a manufactured semi-finished product to be subjected to heat treatment to decompose the metal hydride. A pre-molded body is then produced, which is expanded under heat treatment to finally produce the molded part. It is also possible to carry out heat treatment to decompose the metal hydride during an extrusion process. In particular, a workpiece can then be produced directly from the foamed plastic material during an injection molding process in a mold.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn insbesondere bei Materialien aus der PAEK-Gruppe wie PEEK als Kunststoffmaterial eine Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 3000C und 45O0C durchgeführt wird. Es haben sich dadurch räumlich homogene Porenstrukturen in dem Werkstoff erreichen lassen.It has proven to be advantageous, particularly for materials from the PAEK group such as PEEK as a plastic material, to heat the material to a temperature between 3000 C and 45O0 C. This has made it possible to achieve spatially homogeneous pore structures in the material.
Die nachfolgende Beschreibung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt die einzigeThe following description serves in conjunction with the drawing to explain the invention in more detail. It shows the only
Figur 1 eine REM-Aufnahme eines Werkstücks, welches mittels PEEK-Figure 1 is a SEM image of a workpiece which has been welded using PEEK
Pulver und Titanhydrid als Treibmittel hergestellt ist; an der Probe wurde ein Titan-Mappingvorgang durchgeführt und
Titaneinlagerungen zeichnerisch hervorgehoben.powder and titanium hydride as a propellant; a titanium mapping procedure was carried out on the sample and
Titanium deposits highlighted in the drawing.
Der erfindungsgemäße Werkstoff wird mittels eines hochschmelzenden Polymer-Kunststoffmaterials und einem oder mehreren Metallhydriden hergestellt. Die Erweichungstemperatur des Kunststoffmaterials liegt dabei oberhalbThe material according to the invention is produced using a high-melting polymer plastic material and one or more metal hydrides. The softening temperature of the plastic material is above
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2500C. Ein geeignetes Kunststoffmaterial ist beispielsweise Polyetherertherkerton (PEEK) als Hochtemperaturthermoplast. Als Metallhydrid kann beispielsweise Titanhydrid und/oder Zirkonhydrid eingesetzt werden. Das Metallhydrid wirkt als Treibmittel zur Aufschäumung des Kunststoffmaterials.
52500 C. A suitable plastic material is, for example, polyetheretherketone (PEEK) as a high-temperature thermoplastic. Titanium hydride and/or zirconium hydride can be used as metal hydride. The metal hydride acts as a blowing agent to foam the plastic material.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird einem Granulat des Kunststoffmaterials Metallhydridpulver zugemischt. Der Volumenanteil des Metallhydridpulvers liegt dabei unter 4 % und vorzugsweise unter 2 %. Der Gewichtsanteil des Metallhydridpulvers liegt unter 10 %.In a first embodiment, metal hydride powder is mixed into a granulate of the plastic material. The volume fraction of the metal hydride powder is less than 4% and preferably less than 2%. The weight fraction of the metal hydride powder is less than 10%.
Dieses Material wird dann beispielsweise extrudiert. Es wird dabei eine Wärmebehandlung durchgeführt unter einer derartigen Temperatur, daß das Metallhydrid sich unter Bildung von gasförmigem Wasserstoff zersetzt. Die Abspaltung des Wasserstoffs führt zum Aufschäumen des Kunststoffmaterials, welches unter einer Temperatur oberhalb seiner Erweichungstemperatur steht. Bei dem Aufschäumungsprozeß hat das Kunststoffmaterial damit eine viskose Konsistenz, die eine Expansion des Materials erlaubt.This material is then extruded, for example. A heat treatment is carried out at a temperature such that the metal hydride decomposes to form gaseous hydrogen. The release of hydrogen causes the plastic material to foam, which is at a temperature above its softening temperature. During the foaming process, the plastic material has a viscous consistency, which allows the material to expand.
Es ist auch möglich, daß anstatt der Zumischung von Metallhydridpulver zu dem Kunststoffgranulat ein bereits vorgemischtes metallhydridhaltiges Granulat verwendet wird.It is also possible to use premixed metal hydride-containing granules instead of adding metal hydride powder to the plastic granules.
Neben Extrudieren kann der erfindungsgemäße Werkstoff beispielsweise durch Spritzgießen, Presssintern, Kalandrieren hergestellt und/oder verarbeitet werden.In addition to extrusion, the material according to the invention can be produced and/or processed, for example, by injection molding, press sintering, calendering.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein extrudiertes oder spritzgegossenes Halbzeug aus dem Kunststoffmaterial hergestellt, wobei in dem Halbzeug das Metallhydrid noch nicht zersetzt ist. Es wird dann an dem Halbzeug eine nachträgliche Wärmebehandlung durchgeführt, welche zur Expansion des Kunststoff materials führt. Bei PEEK als Kunststoffmaterial hat sich eine Erwärmung auf 3000C bis 4500C als günstig erwiesen.In a second embodiment, an extruded or injection-molded semi-finished product is produced from the plastic material, whereby the metal hydride in the semi-finished product has not yet decomposed. A subsequent heat treatment is then carried out on the semi-finished product, which leads to the expansion of the plastic material. When PEEK is used as the plastic material, heating to 3000 C to 4500 C has proven to be advantageous.
Es ist auch möglich, ein Pulvergemisch aus dem Kunststoffmaterial und dem Metallhydrid zu verpressen und dann in einem Ofen zu sintern. Bei dem Sinterungsvorgang in dem Ofen wird gleichzeitig eine Wärmebehandlung durchgeführt, welche zur Zersetzung des Metallhydrids unter der Bildung von gasförmigem Wasserstoff führt. Die Probe, welche in der Figur 1 in einer REM-Aufnahme gezeigt ist, wurde mittels PEEK unter Zugabe von Titanhydrid hergestellt, wobei 3 Gewichts-% Titanpulver hinzugegeben wurden. Es wurde dann ein Preßkörper unter einer Kraft von 30 kl\l hergestellt, welcher eine zylinderförmige Gestalt hat mit einem Durchmesser von 25 mm. Dieser Preßkörper wurde bei einer Temperatur von 4500C expandiert. (PEEK hat eine Schmelztemperatur von ca. 3400C.)It is also possible to press a powder mixture of the plastic material and the metal hydride and then sinter it in a furnace. During the sintering process in the furnace, a heat treatment is carried out at the same time, which leads to the decomposition of the metal hydride with the formation of gaseous hydrogen. The sample shown in Figure 1 in an SEM image was produced using PEEK with the addition of titanium hydride, with 3% by weight of titanium powder being added. A pressed body was then produced under a force of 30 kL, which has a cylindrical shape with a diameter of 25 mm. This pressed body was expanded at a temperature of 450° C. (PEEK has a melting point of approx.340 ° C.)
PEEK als Kompaktmaterial (Basismaterial) hat eine Dichte von 1,3 g/cm3. Der wie eben beschrieben hergestellte erfindungsgemäße Werkstoff, welcher auf Metallhydrid-geschäumten PEEK basiert, hat eine Dichte von 0,85 g/cm3.PEEK as a compact material (base material) has a density of 1.3 g/cm3 . The material according to the invention produced as described above, which is based on metal hydride-foamed PEEK, has a density of 0.85 g/cm3 .
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Der erfindungsgemäße Werkstoff weist Poren 10 auf, die durch die Zersetzung des Wasserstoffs im Metallhydrid und Abspaltung des gasförmigen Wasserstoffs entstanden sind. Typische Porengrößen liegen verteilt zwischen 100 &mgr;&idiagr;&eegr; bis 500 &mgr;&eegr;&eegr;. Bei PEEK als Kunststoffausgangsmaterial hat sich eine Erwärmung auf oberhalb 2500C und insbesondere 3000C bis 4500C als günstigster Temperaturbereich herausgestellt.The material according to the invention has pores 10 which are formed by the decomposition of the hydrogen in the metal hydride and the elimination of the gaseous hydrogen. Typical pore sizes are distributed between 100 μm and 500 μm. With PEEK as the plastic starting material, heating to above 2500 C and in particular 3000 C to 4500 C has proven to be the most favorable temperature range.
Aus der Figur 1 sind über einen Titan-Mappingvorgang (EDX) sichtbar gemachte Titanablagerungen bzw. -einlagerungen 12 erkennbar. Diese beruhen auf fein dispergiertem Titanpulver in dem Werkstoff.Figure 1 shows titanium deposits or inclusions 12 made visible by a titanium mapping process (EDX). These are based on finely dispersed titanium powder in the material.
Mittels des erfindungsgemäßen Werkstoffes lassen sich Werkstücke und insbesondere Formteile herstellen, welche verbesserte Eigenschaften aufweisen. Durch den Aufschäumungsprozeß mit einem Metallhydrid wie Titanhydrid oder Zirkonhydrid als Treibmittel kann ein Werkstück definierter Form hergestellt werden, wobei die Dichte gegenüber dem Kunststoffmaterial als Kompaktmaterial herabgesetzt ist. Der maschinentechnische Aufwand zur Herstellung des Formteils ist gegenüber der Herstellung eines Formteils aus einem Kompaktmaterial nicht wesentlich erhöht. Es läßt sich bei entsprechender Auswahl der Verarbeitungsparameter eine gewünschte Porengröße erreichen und sich die Porengröße entsprechend einstellen, und so insbesondere die Porosität einstellen.The material according to the invention can be used to produce workpieces and in particular molded parts which have improved properties. The foaming process using a metal hydride such as titanium hydride or zirconium hydride as a blowing agent makes it possible to produce a workpiece of a defined shape, with the density being reduced compared to the plastic material as a compact material. The mechanical outlay for producing the molded part is not significantly increased compared to producing a molded part from a compact material. With the appropriate selection of the processing parameters, a desired pore size can be achieved and the pore size can be adjusted accordingly, and in particular the porosity can be adjusted.
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Es lassen sich dann Werkstücke mit geringerem Gewicht und unter Materialeinsparung herstellen. Ferner lassen sich Werkstücke aus Hochtemperaturthermoplasten mit größeren Wandstärken, weniger Einfallstellen und weniger Verzugsneigung herstellen.
5Workpieces can then be manufactured with less weight and with less material. Furthermore, workpieces made of high-temperature thermoplastics can be manufactured with greater wall thickness, fewer sink marks and less tendency to warp.
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Entsprechende Werkstoffe lassen sich vorteilhaft einsetzen im medizinischen Bereich, um beispielsweise medizinische Instrumente oder medizinische Implantate herzustellen:Corresponding materials can be used advantageously in the medical field, for example to produce medical instruments or medical implants:
Medizinische Instrumente, welche aus einem Kunststoffmaterial herstellbar sind, sind beispielsweise in den deutschen Gebrauchsmustern Nr. 201 12 920.5, 201 12 540.4, 201 13 018.1, 201 13 020.3, 201 13 017.3, 201 12 541.2 oder 201 12 838.1 der gleichen Anmelderin beschrieben. Auf die Gebrauchsmusterschriften wird ausdrücklich vollinhaltlich Bezug genommen.Medical instruments that can be made from a plastic material are described, for example, in German utility models No. 201 12 920.5, 201 12 540.4, 201 13 018.1, 201 13 020.3, 201 13 017.3, 201 12 541.2 or 201 12 838.1 of the same applicant. The utility model documents are expressly incorporated by reference in their entirety.
Bei der Herstellung dieser Instrumente oder mindestens eines Teils für solche Instrumente ergeben sich die oben genannten Vorteile.The above-mentioned advantages arise when manufacturing these instruments or at least a part for such instruments.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffes ergeben sich insbesondere Vorteile bei der Sterilisation eines solchem medizinischen Instruments, da aufgrund der Porenstruktur ein Instrumententeil, welches aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellt ist, eine geringere Wärmekapazität aufweist als ein aus Vollmaterial hergestelltes Teil. Dadurch wiederum ergibt sich ein besseres Trocknungsverhalten; es läßt sich dadurch bei der Sterilisation nach dem Autoklavieren sicherstellen, daß das entsprechende Bauteil desThe use of the material according to the invention results in particular in advantages when sterilizing such a medical instrument, since due to the pore structure an instrument part made from the material according to the invention has a lower heat capacity than a part made from solid material. This in turn results in better drying behavior; it can therefore be ensured during sterilization after autoclaving that the corresponding component of the
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medizinischen Instrumentes (oder das ganze medizinische Instrument, wenn es aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellt ist) vollständig getrocknet ist.medical instrument (or the entire medical instrument if it is made of the material according to the invention) is completely dry.
Durch die Schaumstruktur des erfindungsgemäßen Werkstoffes lassen sich die entsprechenden Teile für das medizinische Instrument mit geringerer Wandstärke herstellen, so daß auch hierüber die Wärme aus dem Material schneller nachgeführt werden kann, um so eine vollständige Trocknung zu erreichen. Darüber hinaus verstärkt der Metallanteil aus dem zersetzten Metallhydrid in dem Kunststoffmaterial die Wärmeabfuhr aus dem Teil.The foam structure of the material according to the invention allows the corresponding parts for the medical instrument to be manufactured with a thinner wall, so that the heat from the material can be replenished more quickly in order to achieve complete drying. In addition, the metal content from the decomposed metal hydride in the plastic material increases the heat dissipation from the part.
Bei der Herstellung eines medizinischen Implantats mittels des erfindungsgemäßen Werkstoffes, wie beispielsweise einem Wirbelkörperimplantat, läßt sich eine hohe Struktursteifigkeit bei geringem Gewicht erreichen. Bei Verwendung eines geeigneten Kunststoffmaterials wie beispielsweise PEEK mit Titanhydrid als Treibmittel läßt sich eine hohe Biokompatibilität des hergestellten Implantats erreichen. Durch fein dispergierte Titanablagerungen (siehe Figur 1; dort durch zeichnerische Nachbearbeitung hervorgehoben und mit dem Bezugszeichen 12 angedeutet) wird das Anwachsverhalten von Knochen an das Implantat stark verbessert. Eine Porenstruktur an der Oberfläche sorgt zusätzlich für eine Verankerung am Knochen. Diese Porenstruktur an der Oberfläche läßt sich direkt herstellen, indem ein offenporiger Schaum erzeugt wird, oder indirekt, indem eine Oberflächenbearbeitung eines aus einem geschlossenporigen Schaum hergestellten Implantat durchgeführt wird. Da eine relativ geringe Metallhydridmenge genügt, um ein Aufschäumen des KunststoffmaterialsWhen producing a medical implant using the material according to the invention, such as a vertebral body implant, a high structural rigidity can be achieved with low weight. When using a suitable plastic material such as PEEK with titanium hydride as a blowing agent, a high biocompatibility of the implant produced can be achieved. Finely dispersed titanium deposits (see Figure 1; highlighted there by graphic post-processing and indicated with the reference number 12) greatly improve the growth behavior of bone to the implant. A pore structure on the surface also ensures anchoring to the bone. This pore structure on the surface can be produced directly by producing an open-pore foam, or indirectly by carrying out surface processing on an implant made from a closed-pore foam. Since a relatively small amount of metal hydride is sufficient to cause the plastic material to foam up,
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bei der Herstellung zu erreichen, ist sichergestellt, daß eine Diagnose bei implantiertem Implantat mit bildgebenden Verfahren durch das Implantat hindurch möglich ist, das heißt die Metallmenge läßt sich so gering halten, daß das Metall die Diagnose nicht stört.
5In order to achieve this during production, it is ensured that a diagnosis of an implanted implant is possible using imaging techniques through the implant, i.e. the amount of metal can be kept so low that the metal does not interfere with the diagnosis.
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Durch das beschriebene Verfahren läßt sich ein Werkstoff herstellen, welcher vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Metallhydrid wird dabei als Treibmittel für ein polymeres Kunststoffmaterial verwendet, um dieses aufzuschäumen. Der relativ geringe Metallanteil im Kunststoffmaterial nach dem Aufschäumen beeinflußt dabei die mechanischen Eigenschaften des hergestellten Werkstückes nur unwesentlich.The process described can be used to produce a material that has advantageous properties. Metal hydride is used as a blowing agent for a polymer plastic material in order to foam it. The relatively low metal content in the plastic material after foaming only has an insignificant effect on the mechanical properties of the workpiece produced.
Der erfindungsgemäße Werkstoff läßt sich vorteilhaft verwenden für medizinische Instrumente oder medizinische Implantate.
15The material according to the invention can be advantageously used for medical instruments or medical implants.
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|---|---|---|---|---|
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| US7910124B2 (en) | 2004-02-06 | 2011-03-22 | Georgia Tech Research Corporation | Load bearing biocompatible device |
| US9155543B2 (en) | 2011-05-26 | 2015-10-13 | Cartiva, Inc. | Tapered joint implant and related tools |
| US9907663B2 (en) | 2015-03-31 | 2018-03-06 | Cartiva, Inc. | Hydrogel implants with porous materials and methods |
| US10350072B2 (en) | 2012-05-24 | 2019-07-16 | Cartiva, Inc. | Tooling for creating tapered opening in tissue and related methods |
| US10758374B2 (en) | 2015-03-31 | 2020-09-01 | Cartiva, Inc. | Carpometacarpal (CMC) implants and methods |
| WO2021018687A1 (en)* | 2019-07-31 | 2021-02-04 | Aesculap Ag | Open-pore surgical vessel clip for closing blood vessels |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7910124B2 (en) | 2004-02-06 | 2011-03-22 | Georgia Tech Research Corporation | Load bearing biocompatible device |
| US8002830B2 (en) | 2004-02-06 | 2011-08-23 | Georgia Tech Research Corporation | Surface directed cellular attachment |
| US8142808B2 (en) | 2004-02-06 | 2012-03-27 | Georgia Tech Research Corporation | Method of treating joints with hydrogel implants |
| US8318192B2 (en) | 2004-02-06 | 2012-11-27 | Georgia Tech Research Corporation | Method of making load bearing hydrogel implants |
| US8486436B2 (en) | 2004-02-06 | 2013-07-16 | Georgia Tech Research Corporation | Articular joint implant |
| US8895073B2 (en) | 2004-02-06 | 2014-11-25 | Georgia Tech Research Corporation | Hydrogel implant with superficial pores |
| US7682540B2 (en) | 2004-02-06 | 2010-03-23 | Georgia Tech Research Corporation | Method of making hydrogel implants |
| US11278411B2 (en) | 2011-05-26 | 2022-03-22 | Cartiva, Inc. | Devices and methods for creating wedge-shaped recesses |
| US9155543B2 (en) | 2011-05-26 | 2015-10-13 | Cartiva, Inc. | Tapered joint implant and related tools |
| US9526632B2 (en) | 2011-05-26 | 2016-12-27 | Cartiva, Inc. | Methods of repairing a joint using a wedge-shaped implant |
| US11944545B2 (en) | 2011-05-26 | 2024-04-02 | Cartiva, Inc. | Implant introducer |
| US10376368B2 (en) | 2011-05-26 | 2019-08-13 | Cartiva, Inc. | Devices and methods for creating wedge-shaped recesses |
| US10350072B2 (en) | 2012-05-24 | 2019-07-16 | Cartiva, Inc. | Tooling for creating tapered opening in tissue and related methods |
| US10973644B2 (en) | 2015-03-31 | 2021-04-13 | Cartiva, Inc. | Hydrogel implants with porous materials and methods |
| US10758374B2 (en) | 2015-03-31 | 2020-09-01 | Cartiva, Inc. | Carpometacarpal (CMC) implants and methods |
| US11717411B2 (en) | 2015-03-31 | 2023-08-08 | Cartiva, Inc. | Hydrogel implants with porous materials and methods |
| US11839552B2 (en) | 2015-03-31 | 2023-12-12 | Cartiva, Inc. | Carpometacarpal (CMC) implants and methods |
| US9907663B2 (en) | 2015-03-31 | 2018-03-06 | Cartiva, Inc. | Hydrogel implants with porous materials and methods |
| US10952858B2 (en) | 2015-04-14 | 2021-03-23 | Cartiva, Inc. | Tooling for creating tapered opening in tissue and related methods |
| US11020231B2 (en) | 2015-04-14 | 2021-06-01 | Cartiva, Inc. | Tooling for creating tapered opening in tissue and related methods |
| US11701231B2 (en) | 2015-04-14 | 2023-07-18 | Cartiva, Inc. | Tooling for creating tapered opening in tissue and related methods |
| WO2021018687A1 (en)* | 2019-07-31 | 2021-02-04 | Aesculap Ag | Open-pore surgical vessel clip for closing blood vessels |
| CN114206235A (en)* | 2019-07-31 | 2022-03-18 | 蛇牌股份公司 | Open-hole surgical vascular clip for sealing blood vessels |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
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| DE102006029298B4 (en) | Material system for 3D printing, process for its production, granules made from the material system and its use | |
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