Beschichtung und Fertigung Flashcards
Welche Bauteileigenschaften können durch eine Beschichtung beeinflusst werden?
- Biokompatibilität
- Chemische Funktionalisierung von Oberflächen
- Korrisionbeständigkeit
- Verklebbarkeit
- Beschichtbarkeit
- Benetzbarkeit
- Selektive Permeabilität
- Barrierewirkung
- Verschleißfestigkeit
- Gleitfähigkeit
- Optische Eigenschaften
Nennen Sie Anforderungen an Oberflächenbeschichtungen von Implantaten.
- Einwanderung und Anhaftung von Proteinen (z.B. aus Blut oder Extrazellularer Matrix) in bzw. an das Implantat ist von entscheidender Bedeutung für die Immunrespons des Wachstum des Gewebes
- Für den Körper „unidentifizierbares Material“ wird durch die Proteine markiert und „erkennbar“ gemacht
- Zellen interagieren mit den Proteinen mithilfe ihrer Rezeptoren und geben Informationen durch Botenstoffe an andere Zellen weiter
- Mit gezielten Proteinauftrag bzw. Immigration und Proteinblockierung kann Zellanhaftung manipuliert werden
Welche typischen Schichtdickenbereiche lassen sich unterscheiden?
- Ultradünne Schichten: 10 nm -1μm
- Dünne Schichten: 1μm –50μm
- Dicke Schichten: 50μm –1mm; >1mm
Nennen Sie ein Anwendungsbeispiel für thermisches Spritzen. In welchem
Schichtdickenbereich wird das Verfahren angewendet?
- Thermisches Plasmaspritzen zur Beschichtung von Metallimplantaten mit Hydoxylapatitschichten
- Dicke Schichten: 100-200 μm
Erläutern Sie Ziele dünner Beschichtungen von Implantaten und Instrumenten.
- Beeinflussung der Proteinadsorption
- Verbesserung der Hämokompatibilität durch antithrombogene Oberflächen
- Beeinflussung der Zelladhäsion und des Zellwachstums
- Erhöhung der Leitfähigkeit
- Optimierung der Korrosionsbeständigkeit
- Erhöhung der Verschleißfestigkeit
- Veränderung der elektrischen Eigenschaften
Erläutern Sie kurz (1-2 Sätze) das Grundprinzip des PVD-Beschichtungsverfahrens.
Der Begriff physikalische Gasphasenabscheidung (englisch physical vapour deposition, kurz PVD), selten auch physikalische Dampfphasenabscheidung, bezeichnet eine Gruppe von vakuumbasierten Beschichtungsverfahren bzw. Dünnschichttechnologien. Anders als bei Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung wird mithilfe physikalischer Verfahren das Ausgangsmaterial in die Gasphase überführt. Das gasförmige Material wird anschließend zum zu beschichtenden Substrat geführt, wo es kondensiert und die Zielschicht bildet
Was ist bei einem PVD-Prozess im Gegensatz zu einem CVD oder galvanischen Beschichtungsprozess hinsichtlich homogener Schichten und Zugänglichkeit bei der Konstruktion zu beachten?
- “line-of-sight”- Problematik konstruktiv zu berücksichtigen
- Line-of-sight Teilchenfluß -> Position der zu beschichtenden Oberfläche zur Quelle wichtig, ggf. Bewegung des Objektes wichtig
Was zeichnet ein Niederdruckplasma hinsichtlich der Beschichtung von Kunststoffen aus?
- Bei niedrigen Drücken (z.B. 1 mbar) gezündetes Plasma stoßen angeregte, geladene Teilchen seltener mit „kalten“ Teilchen zusammen; auch bei stark ionisierten Plasmen sind neutrale („kalte“) Teilchen im Überschuss -> Plasma bleibt kalt (nichtthermisches Niederdruckplasma)
- Ionen und Elektronen sowie Moleküle und Molekülfragmente in angeregten Zuständen sind reaktiv und reagieren untereinander und mit Oberflächen
Wozu dienen Silberbeschichtungen? Nennen Sie ein Anwendungsbeispiel.
- Antibakterielle Wirkung
- Implantate
Nennen Sie einige herausragende Eigenschaften von Parylen-Beschichtungen.
- Keine Lösungsmittel, Initiatoren oder Additive nötig
- Schichtdicken einige 100 nm bis einige μm genau einstellbar
- Gute Spaltgängigkeit der Monomere führt zu homogener Beschichtung auch an schwer zugänglichen Stellen und komplexen Oberflächenstrukturen (Poren, Röhrchen,..)
- Auch dünne Schichten homogen und von Löchern (pinholes) frei.
- Gute mechanische (u.a. sehr elastisch) und sehr gute dielektrische Eigenschaften
- Gleitfähige Oberfläche
- Biokompatibel, transparent, temperaturstabil, lösemittelbeständig,
- Hervorragenden Korrosionsschutz und Permeationsbarriere
- Poröse Substrate wie Papier und Membranen beschichtbar
Nennen Sie Anwendungsbeispiele von Parylen-Beschichtungen.
- Isolation von Implantaten, Instrumenten und Platinen
- Gleitbeschichtung von Nadeln
- Nitinolstentbeschichtung
- Korrosionsschutz
- Permeationsbarriere
- OP-Nadeln
- NiTinol-Stents
- Isolationen von HF-Instrumenten/-Sonden
Handelt es sich beim Gorham-Prozess um einen PVD oder CVD Prozess?
- CVD-Prozess
- Prozesstemperaturen: 20-40°C
Erläutern (skizzieren) Sie das Parylen-Beschichtungsverfahren nach dem Gorham-Prozess.
- Verdampfer (175°C, 1 Torr)
- Pyrolyse-Kammer (680°C, 0,5 Torr)
- Polymerisationskammer (25°C, 0,1 Torr)
- Kühlfalle (-196°C)
- Vakuumpumpe (0,001 Torr)
Erläutern (skizzieren) Sie das Prinzip der Stereolithografie. Welche Werkstoffe kommen dabei zum Einsatz? Welcher Schichtdickenbereich ist zu erwarten?
- Ursprung aller 3D-Druck Verfahren
- Ausgangsbasis: 3D-Geometriedatenmodell
(STL-Format), das in einzelne Schichten zerlegt wird (Slicen) - Für Überhänge müssen zuvor Stützstrukturen konstruiert werden (meist automatisch)
- Die Fertigung erfolgt in einem mit flüssigem Photopolymer gefüllten Becken mit absenkbarer Arbeitsplatte; die einzelnen Schichten werden mithilfe eines Lasers auf der Oberfläche des flüssigen Materials punktweise ausgehärtet; für jede neue Schicht wird die Arbeitsplatte (z.B. 0,1 mm) abgesenkt
- Stereolithografieharz speziell für medizinische
Anwendungen sind mittlerweile verfügbar
Erläutern (skizzieren) Sie das Prinzip des Fused Deposition Modelling (FDM).
-> Ausgangsgeometriedaten als STL Datei; Zerlegen in Schichten (Dicke von 0,01 - 0,2 mm)
-> Automatische Berechnung der Supportstruktur
-> Beheizter Düsenkopf trägt dünne Fäden des Thermoplasts auf
-> Materialien: Thermoplaste ABS, PLA, Nylon, Polycarbonat ,…
->Abschließend Support entfernen und Oberflächen finishen (z.B. ABS in Aceton-Dampf (Vorsicht!))
->FDM bietet zwei Arten der Supporterzeugung:
- Mechanisch entfernbare (z.B. durch Abbrechen)
aus Grundwerkstoff
- Wasserlösliche Strukturen (durch Waschen entfernbar; für schwer erreichbare Bereiche bzw. Reduzierung der Handnachbearbeitung)
