Orthopädische Mikroimplantate werden in der Medizin und Zahnmedizin zur Behandlung von Knochenerkrankungen und Frakturen sowie Weichgewebeverletzungen eingesetzt. Die Implantate müssen so robust und fest sein, dass sie während des Heilungsprozesses die strukturelle Festigkeit und Ausrichtung des Knochens oder Weichgewebes gewährleisten. Während der normalen Bewegung des Patienten unterliegen die Implantate hohen In-Vivo-Belastungen, die unter Umständen zum Versagen des Implantats führen können. Deshalb müssen Prüfungen durchgeführt werden, bei denen die Belastungsbedingungen realitätsnah nachgebildet werden, um die zu erwartende Leistungsfähigkeit über einen bestimmten Zeitraum oder bei einem bestimmten Belastungsprofil zu analysieren. Dies erfolgt typischerweise nach ASTM- oder ISO-Standards bzw. FDA-Richtlinien.
Mit unseren Prüfsystemen ElectroPuls E1000 und E3000 wurden bereits erfolgreich zyklische Ermüdungsprüfungen an Fingermikroimplantaten aus Titan durchgeführt. Dabei haben wir Ermüdungsprüfungen mit einem Dynacell-Kraftaufnehmer mit niedriger Nennkraft durchgeführt, der am oberen Antrieb montiert war und der eine kleine Schraube und Mutter trug, die als Belastungskopf dienten. Als untere Spannvorrichtung wurde eine Schraubzwinge aus Metall verwendet.
Zunächst wurde die Prüfung in digitaler Wegregelung durchgeführt, um die notwendige Stabilität zu gewährleisten. Anschließend wurden die Prüfungen in Kraftregelung mit 5, 10, 15 und 20Hz durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Regelung sehr stabil war und die Spitzenkräfte mit einer Genauigkeit von ±0,1N erreicht werden konnten.
Die gesamte Prüfung wurde mit den standardmäßigen Regelparametern durchgeführt, die aus der Standard-Steifigkeitsoptimierung resultierten. Durch die Kombination dieser Einstellungen mit einer Amplitudenregelung konnten die geforderten Amplituden erreicht und die Stabilität des Regelkreises gewährleistet werden. Innerhalb der ElectroPuls-Regelelektronik kann das Umkehr- und Ansprechverhalten des Regelkreises durch Anpassung eines Proportionalanteils noch weiter verbessert werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die dynamischen Prüfsysteme
ElectroPuls über einen breiten Frequenzbereich ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten und hohe Genauigkeit bieten und sich hervorragend für die Betriebsfestigkeitsprüfung von Implantaten eignen. In Verbindung mit Hardwaremerkmalen wie z.B. der Trägheitskompensation des Dynacell-Kraftaufnehmers kann das Ansprechverhalten des Systems noch weiter verbessert werden, sowohl in einem als auch außerhalb eines Flüssigkeitsbads. Dank dieser Merkmale können in Prüflabors zahlreiche Eigenschaften und Funktionsmerkmale von Implantaten analysiert werden.