Ein Verfahren zum 3D-Druck von Zahnimplantaten aus Tantal-Niob-Legierung umfasst die folgenden Schritte: Zugabe von Tantal- und Niobpulver mit einem Durchmesser von jeweils 10–60 μm in einem Verhältnis von Ta:Nb = 5,8–6,2:3,8–4,2 zu einem Mischer und gründliches Vermengen zur Herstellung eines Substratpulvers aus Tantal-Niob-Legierung für Zahnimplantate; anschließende Herstellung des Zahnimplantats mittels eines lasergestützten, schichtweisen Schmelzprozesses.
In den letzten 20 Jahren haben zahlreiche Universitäten und Forschungseinrichtungen vielfältige Forschungen zu Biomaterialien durchgeführt. Aus einer umfassenden Analyse der Materialaufbereitungstechnologie geht hervor, dass die traditionellen Metallwerkstoffe für Zahnimplantate derzeit hauptsächlich Titan-Legierungen sind. Die gängigen Produktionsmethoden für Zahnimplantate auf dem Markt basieren vorwiegend auf der Massenproduktion mit traditionellen Dreh-, Fräs-, Hobel- und Schleifmaschinen. So werden beispielsweise Zahnimplantate aus Titanlegierungen durch Präzisionsschneiden von Titanstäben auf einer Präzisionsdrehmaschine hergestellt. Traditionelle Herstellungsverfahren für Zahnimplantate sind zwar effizient für die Massenproduktion, bieten jedoch nur begrenzte Größen und Varianten und können den individuellen Bedürfnissen der Patienten nicht gerecht werden. Darüber hinaus führen die subtraktiven Fertigungsverfahren zu erheblichem Rohmaterialverlust. Der Produktionsprozess erzeugt außerdem Metallstaub und Lärmbelästigung, was den Umweltschutzauflagen widerspricht. Darüber hinaus verhindert die industrielle Fertigung die gleichzeitige Herstellung passender Kronen, was eine zeitnahe Behandlung behindert und mehrere Krankenhaus- oder Klinikbesuche erforderlich macht. Dies führt zu einem Verlust wertvoller Zeit und erhöhten Reise- und Übernachtungskosten – ein Verstoß gegen gesundheitsökonomische Prinzipien.
Daher ist es angesichts des aktuellen Stands der Entwicklung und Anwendung von Zahnimplantatmaterialien notwendig, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Zahnimplantaten auf Basis von Tantal-Niob-Legierungen zu entwickeln, um diese technischen Mängel zu beheben.
1. Dank der hervorragenden Biokompatibilität und der hohen Korrosionsbeständigkeit von Tantal in vivo weisen Zahnimplantate und verwandte Materialien aus Tantal-Niob-Legierungen eine gute Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit auf.
2. Die Zugabe von Niob fördert den Hochtemperatur-Schmelzprozess von Tantallegierungen.
3. Die Verarbeitung mittels laserbasierter, schichtweiser selektiver Schmelzformung mit inländisch hergestellten 3D-Druckanlagen fördert die Entwicklung der heimischen Industrie und stärkt die Forschungs- und Entwicklungskapazitäten Chinas.
4. Sie bietet eine größere Auswahl an Materialien für Zahnimplantate, durchbricht das Monopol ausländischer Produkte auf dem chinesischen Markt, senkt die Preise für Zahnimplantate und reduziert die Importabhängigkeit.
5. Im Vergleich zu traditionellen Verfahren ermöglicht die Herstellung von Zahnimplantaten mittels 3D-Drucktechnologie und Tantal-Niob-Legierungen die gleichzeitige Erfassung von Implantatgröße und -form, den zeitnahen 3D-Druck, die präzise Anpassung, die Verkürzung der Behandlungszeit, den Materialverbrauch und die Reduzierung der Umweltbelastung.
Tantal ist ein Übergangsmetall. Studien belegen seine gute Biokompatibilität und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Körperflüssigkeiten. Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts begann man in der Biomedizin, Tantal für Schrittmacherelektroden, Nervenreparaturfolien und Schädelformplatten einzusetzen. Reines Tantal besitzt eine hohe Dichte (16,6 g/cm³), und seine Entwicklung zu medizinischen Materialien mit Gewebeadhäsion ist ein wichtiger Ansatzpunkt für die weitere Nutzung von Tantal. Daher bietet Tantal große Vorteile bei der Unterstützung von Gewebereparatur und -rekonstruktion. Studien von Bermuderz et al. haben gezeigt, dass Tantal auch in stark sauren Umgebungen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, ohne dass sich Gewicht oder Zähigkeit im Vergleich zu Implantatmaterialien aus Titan und Edelstahl signifikant verändern. Nach der Implantation in lebendes Gewebe können Tantal-Biomaterialien aufgrund ihrer guten Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie der Tatsache, dass sie keine Gewebespannungsabschirmung verursachen, ein effektives Gerüst für das Gewebewachstum bilden. Dadurch stellen sie ein dauerhaft implantierbares medizinisches Material mit guter Biokompatibilität dar.
