MeTiWeld

Projektbeschreibung

Titanlegierungen, Nitinol sowie nichtrostende Stähle zählen zu den am häufigsten genutzten Metallegierungen 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 (Strahl-)Schweißverbindungen dieser Legierungen zum Stand der Technik gehören, bereitet das artfremde Schweißen zwischen den Titanlegierungen mit Nitinol bzw. mit nichtrostenden Stählen erhebliche Probleme. Dies beruht auf der Entstehung von sehr spröden, intermetallischen Phasen beim Schmelzschweißen, wodurch die Herstellung einer (belastbaren) Verbindung nahezu unmöglich ist.         

Bisherige Lösungsansätze zum Verbinden der Werkstoffe weisen alle individuelle Probleme oder Nachteile auf. Mechanisches und klebtechnisches Fügen sind unter anderem durch vergleichsweise geringe mechanische Eigenschaften sowie durch Geometrieeinschränkungen für kleine, medizintechnische Bauteile häufig ungeeignet. Hartlöten der Mischverbindungen ist grundsätzlich möglich, allerdings gelten die meisten Lotwerkstoffe als toxisch und werden in der Medizintechnik nicht eingesetzt. Gleiches gilt auch für Zusatzwerkstoffe, wie beispielsweise Kupfer, welche in bisheringen Untersuchungen zu den Mischverbindung verwendet wurden. Dennoch hat insbesondere die Verwendung von Zusatzwerkstoffen in Kombination mit Strahlschweißen das Potential, die gestellten Anforderungen einer belastbaren, biokompatiblen Mischverbindung bei gleichzeitig großer Designfreiheit zu erfüllen.

Im Projektverlauf soll schließlich gezeigt werden, dass die Herstellung der Mischverbindungen Titan / Nitinol und Titan / nichtrostender Stahl mit Hilfe einer geeigneten Auswahl von Zusatzwerkstoffen biokompatibel und prozesssicher gefertigt werden kann. Die Untersuchungen sollen sowohl mit einer Mikro-Elektronenstrahlschweißanlage als auch mit einem gepulsten Nd:YAG-Laser durchgeführt werden, da beide Verfahren für das Fügen kleiner medizintechnischer Bauteile prädistiniert sind. Darüber hinaus können innerhalb des Projekts verfahrensbedingte Unterschiede auf das Schweißergebnis analysiert werden.