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Tuesday, September 20, 2022, TZ 3 3:30 PM Moderne Schweißverfahren - Laserstrahlschweißen I |
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Artfremdes Mikro-Strahlschweißen von Titan mit Nitinol und nichtrostenden Stählen zum Herstellen biokompatibler Materialverbunde |
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Michael Wiegand* / Universität Kassel
Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Deutschland Linda Marks / NMI - Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen, Deutschland Dagmar Martin/ NMI - Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen, Deutschland Stefan Böhm/ Universität Kassel - Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Deutschland |
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Titanlegierungen, Nickel-Titanlegierungen sowie nichtrostende Stähle zählen zu den am häufigsten genutzten Metalllegierungen in der Medizintechnik und werden für verschiedenste Instrumente oder Implantate eingesetzt. Aufgrund der spezifischen Materialeigenschaften ist es aus funktionellen, fertigungstechnischen sowie aus wirtschaftlichen Gründen gewünscht, artfremde Verbindungen aus diesen Metallen herzustellen. Während artgleiche Schweißverbindungen dieser Legierungen zum Stand der Technik gehören, bereitet das artfremde (Schmelz-)Schweißen von Titan mit Nitinol beziehungsweise mit nichtrostenden Stählen erhebliche Probleme. Dies beruht auf der Entstehung von sehr spröden intermetallischen Phasen, welche die Herstellung einer belastbaren Mischverbindung wesentlich beeinträchtigen. Bisherige Lösungsansätze zum Verbinden der Werkstoffe weisen speziell für medizintechnische Anwendungen individuelle Probleme oder Nachteile auf. Insbesondere die Verwendung von Zusatzwerkstoffen in Kombination mit den charakteristischen Vorteilen des Strahlschweißens bietet jedoch das Potential, belastbare sowie biokompatible Mischverbindungen bei gleichzeitig großer Designfreiheit prozesssicher herzustellen. Hier setzt das öffentlich geförderte Projekt MeTiWeld an, um die Möglichkeiten und Potentiale der gezielten Gefügeeinstellung durch eine Variation prozessspezifischer Parameter des Elektronenstrahlschweißens sowie des gepulsten Laserstrahlschweißens zu ermitteln. Im Verlauf des Projekts werden weiterhin die Refraktärmetalle Hafnium, Niob und Tantal als Zusatzwerkstoffe eingesetzt, um eine mögliche Verbesserung der Verbindungseigenschaften ohne Verlust der Biokompatibilität zu untersuchen. Der Vortrag umfasst eine Darstellung und Interpretation der Ergebnisse aus den durchgeführten Schweißversuchen. Dabei werden die Einflussfaktoren verschiedener Parameter, wie beispielsweise der Schweißgeschwindigkeit, des Strahlversatzes sowie der Strahlpendelung (EB) beziehungsweise der Pulsmodulation (LB), auf die Rissbildung, die chemische Zusammensetzung sowie die intermetallische Phasenbildung analysiert. Die vielversprechendsten Parameter werden anschließend mechanisch charakterisiert und miteinander verglichen. Anhand von Korrosions- und Biokompatibilitätsuntersuchungen soll abschließend eine Übertragung der Erkenntnisse auf medizintechnische Anwendungen verifiziert werden. |