Mikro-Wasserstrahl-Bearbeitungszentrum
Final Report Abstract
Das Mikro-Wasserstrahl-Bearbeitungszentrum kam im Rahmen unterschiedlicher Forschungsprojekte zum Einsatz. Im Folgenden ist die Verwendung des Mikro-Wasserstrahl-Bearbeitungszentrums in ausgewählten Forschungsprojekten des Instituts für Werkstoffkunde bzw. kooperierenden Instituten innerhalb und außerhalb der Leibniz Universität Hannover erläutert: • Im Rahmen des Teilprojektes R7 „Stabilisierende Magnesiumstützstrukturen zur Unterstützung von kardiovaskulärem Gewebeersatz im Hochdrucksystem“ des Sonderforschungsbereiches SFB 599 „Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen“ wurden mit dem Mikro-Wasserstrahl-Bearbeitungszentrum Stützstrukturen für den Support von Myokardersatzmaterial hergestellt. Im Rahmen dieses Herstellungsprozesses wurde zunächst die druckabhängige Strahl- bzw. Schnittqualität an Magnesiumstrukturen untersucht. Die Genauigkeit sowie die Oberflächenbeschaffenheit der Schnittflanke wurden im Laserkonfokalmikroskop untersucht. In der Folge wurden verschiedene Düsen für die Herstellung dieser Strukturen verwendet. Auch wurden Versuche mit unterschiedlichen Abrasiven durchgeführt. Diese zeigten, dass recyceltes Abrasiv nahezu die gleiche Schnittleistung besitzt, jedoch aufgrund der schlechteren Rieselfähigkeit deutlich weniger geeignet ist. • Im Rahmen des Transferprojektes T1 „Anfertigung und Kultivierung hochpräziser nativer Gewebeschnitte mittels Hochdruck-Wasserstrahltechnik für die intravital-mikroskopische Langzeituntersuchung von Mechanismen der angeborenen Immunität der humanen Lunge“ des Sonderforschungsbereiches SFB TR84 „Angeborene Immunität der Lunge: Mechanismen des Pathogenangriffs und der Wirtsabwehr in der Pneumonie“ wurden mit Hilfe des Mikro-Wasserstrahl- Bearbeitungszentrum lebend Gewebeproben aus Schweine hochpräzise geschnitten. Ziel bei Beantragung war es, planparallele Proben mit einer Dicke unterhalb von 200 µm schneiden zu können und in der Folge mit Hilfe der Intravitalmikroskopie zu untersuchen. Das Mikro- Wasserstrahl-Bearbeitungszentrum wurde hier genutzt, um geeignete Düsen zu entwickeln, sowie den Einfluss der Prozessparameter systematisch zu untersuchen. Zum Ende des Projektes war es möglich, planparallele Gewebeproben einer Dicke unter 150 µm reproduzierbar herzustellen. • Im Rahmen des Forschungsvorhabens “Entwicklung, Herstellung und biomechanische Testung von Schrauben und Schlagdübeln aus Knochenmaterial zur Osteosynthese und rekonstruktiven Vorfußchirurgie“ wurden kleine Implantate aus bovinem Knochenmaterial entwickelt. Im ersten Projektabschnitt erfolgte eine FEM-Auslegung der Implantatgeometrien, welche speziell für die mechanischen Eigenschaften von boviner Kortikalis ausgelegt wurden. In der zweiten Projektphase folgte die technische Umsetzung der entwickelten Geometrien per Mikrowasserstrahl-Drehen. Hierfür wurde der kalte WAIS-Drehprozess weiterentwickelt, um mittels der sehr kleinen Strahldurchmesser die ebenfalls sehr kleinen Implantate (Durchmesser 2-3 mm) mit hoher Oberflächen- und Kantenqualität aus Knochen fertigen zu können. Durch den neuen Ansatz war erstmals die kalte Drehbearbeitung von rotationssymmetrischen Kleinstteilen aus Knochen möglich, die erzielbaren Fertigungsqualitäten waren unabhängig vom wesentlich kleineren Werkzeugdurchmesser zudem deutlich besser als bisher mit konventioneller Technik erreichbar.
Publications
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(2015): Characterisation of native stomach tissue of swine by uniaxial tensile testing, Biomed Tech 2015, DGBMT, 60 (s1), 108-109
Bauer, M.; Müller-Deile, H.; Schilling, T.; Kaufeld, K. T.; Weidling, M.; Wriggers, P.; Haverich, A.; Maier, H. J.; Hassel, T.
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(2015): Herstellung, biomechanische Prüfung und Integrationsverhalten biologischer Interferenzschrauben aus ossärem Material, Fuß & Sprunggelenk 13, 2015, 182–191
Schmolke, S.; Zaremba, D.; Biskup, C.; Andreae, A.; Pude, F.
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(2015): Particle Disintegration in the Abrasive Water Injection Jet, WJTA-IMCA Conference and Expo, 2.-4. November 2015, New Orleans, Louisiana
Zaremba, D.; Heese, P.; Bauer, M.; Maier, H. J.; Hassel, T.
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(2017): Engineering of biodegradable magnesium alloy scaffolds to stabilize biological myocardial grafts, Biomedical Engineering 62, 2017 (5), 493-504
Schilling, T.; Bauer, M.; Biskup, C.; Haverich, A.; Hassel, T.
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Entwicklung von resorbierbaren Stützstrukturen aus Magnesiumlegierungen für den kardiovaskulären Gewebeersatz im Hochdrucksystem (Dissertation) PZH Verlag, Hannover, 2017, ISBN 978-3-95900-174-8
Bauer, M.
