DE102005050560A1

DE102005050560A1 - Support material useful as a scaffold material for reconstructive surgery comprises a nonwoven formed and strengthened from individual fibers according to a target three-dimensional geometry

Info

Publication number: DE102005050560A1
Application number: DE102005050560A
Authority: DE
Inventors: Ezzedine Dr.-Ing. Laourine; Peter Prof.Dr.-Ing.habil. Offermann; Chokri Prof.Dr.-Ing.habil. Cherif; Thomas Dr.-Ing. Pusch
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Support material with a freely selectable three-dimensional geometry and an open pore structure comprises a nonwoven formed and strengthened from individual fibers according to the three-dimensional geometry. An independent claim is also included for producing a support material as above by forming a nonwoven from individual fibers, strengthening the nonwoven in a region determined by the target geometry, and repeating the forming and strengthening steps on the existing nonwoven until the material has the target geometry.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägermaterial und ein Verfahren zu seiner Herstellung, vorzugsweise für die Fertigung von dreidimensionalen textilen Trägerstrukturen, so genannten „Scaffolds", für die rekonstruktive Chirurgie nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 13.The The invention relates to a carrier material and a method for its production, preferably for the production of three-dimensional textile support structures, so-called "scaffolds", for the reconstructive Surgery according to the features of claims 1 and 13.

Es ist bereits bekannt, Zellen auf Trägermaterialien (Scaffolds) zu kultivieren und die so hergestellten Gewebekultur als Gewebeersatz zu verwenden. Als Trägermaterialien werden z.B. Gele, Faserstoffe, poröse Keramiken oder andere zwei- bzw. dreidimensionale Strukturen eingesetzt. Es ist bekannt, verschiedene Gewebe, wie z.B. Knorpel, die durch Verletzung, Abnutzung oder Krankheit defekt sind, mit Hilfe von gezüchteten Gewebekulturen zu therapieren. Hierzu werden körpereigene Zellen beispielsweise in dreidimensionalen Trägermaterialien eingebracht und in vitro vermehrt und das so hergestellte Material in den Körper implantiert. Die für biokompatible Implantate eingesetzten Trägermaterialien haben wesentlichen Einfluss auf die Besiedelung, das Zellwachstum und die spätere Funktion des Implantates.It is already known cells on support materials (scaffolds) to culture and the tissue culture thus prepared as a tissue replacement to use. As carrier materials are used e.g. Gels, fibrous materials, porous ceramics or other or three-dimensional structures used. It is known, different Tissue, e.g. Cartilage caused by injury, abrasion or disease are broken, with the help of bred Tissue cultures to treat. For this purpose, the body's own cells, for example introduced in three-dimensional support materials and propagated in vitro, and the material thus produced is implanted in the body. The for biocompatible implants used carrier materials have essential Influence on colonization, cell growth and later function of the implant.

Faserstoffe bieten große Oberflächen für den Kontakt mit Zellen und bilden offenporige Strukturen, die für die Versorgung der Zellen mit Nährlösung notwendig sind. Häufig kommen heute Vliesstoffe zum Einsatz, die jedoch nachteilige Inhomogenitäten in der Struktur aufweisen. So werden größere Freiräume zwischen den Fasern nur sehr langsam von Zellendurchwachsen. In Bereichen, in denen Fasern sehr dicht liegen ist die Zelldichte dagegen sehr gering. Eine Organisation der Faseranordnung in Vliesstoffen ist durch die starke Streuung in der Faserorientierung nur begrenzt möglich. Textile Flächengebilde aus Fäden sind zwar sehr gut strukturiert, aber die Abstände zwischen den Fasern sind extrem unterschiedlich. Innerhalb der Fäden, die üblicherweise aus je 20 bis 200 Fasern bestehen, liegen die Fasern extrem dicht und zwischen den Fäden bestehen oft sehr große Abstände.fibers offer great surfaces for the contact with cells and form open-pore structures responsible for the supply the cells with nutrient solution necessary are. Often Nonwovens are used today, however, the disadvantageous inhomogeneities in the Structure have. This will allow greater freedom between the fibers only very slowly from Zellendurchwachsen. In areas, in which fibers are very dense, the cell density is very high low. An organization of fiber assembly in nonwovens is limited only by the strong dispersion in fiber orientation possible. Textile fabrics made of threads Although very well structured, but the distances between the fibers are extremely different. Within the threads, usually from 20 to 200 fibers, the fibers are extremely dense and between the threads often exist very large Distances.

Trägermaterialien aus textilen Flächengebilden, insbesondere aus Vliesstoffen, Fasergeweben oder Maschenstoffen, weisen durch die überwiegend horizontale Anordnung der Fasern nur eine sehr geringe Druckstabilität auf.support materials from textile fabrics, in particular of nonwovens, fibrous fabrics or knit fabrics, show through the predominantly horizontal Arrangement of the fibers only a very low pressure stability.

Bei der Herstellung von Implantaten durch Schneiden und Prägen von zweidimensionalen Vliesen können starke Ungleichmäßigkeiten entstehen. Bei der Zellkultivierung werden homogene Vliesgebilde mit definierten Porengrößen benötigt. Vliesherstellungsverfahren sind für die Massenproduktion ausgelegt und sind für die Herstellung geringer Mengen Vlies aus hochreinen und teuren Fasern nicht geeignet.at the manufacture of implants by cutting and embossing two-dimensional nonwovens can strong inequalities arise. In cell cultivation, homogeneous web structures are formed needed with defined pore sizes. Nonwoven manufacturing techniques are for designed for mass production and are lower for manufacturing Quantities fleece from high-purity and expensive fibers not suitable.

Aus der DE 199 59 088 A1 ist beispielsweise ein Melt-Blown-Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen luftverwirbelten Vliesen bekannt. Die Vliesstrukturen haben Porengrößen zwischen 20 μm und 500 μm und eine Porosität von < 95%.From the DE 199 59 088 A1 For example, a melt-blown process for producing three-dimensional air-entangled nonwovens is known. The nonwoven structures have pore sizes between 20 microns and 500 microns and a porosity of <95%.

Bei dem Verfahren ist der Einsatz eines dreidimensional geformten Siebes als Negativform notwendig, worauf sich die Fasern sammeln können.at The method is the use of a three-dimensionally shaped sieve necessary as a negative mold, whereupon the fibers can collect.

Aus der DE 103 53 231 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Konturenbauteilen mit einem aerodynamischen Vlieslegeverfahrens bekannt, mit dem gleichmäßige Textilien hergestellt werden können.From the DE 103 53 231 A1 is a method for the production of 3D contour components with an aerodynamic Fleece laying known, can be made with the uniform textiles.

Nachteilig ist hierbei, dass die Bauteile einen reinen schalenförmigen Aufbau aufweisen. Damit sind die Bauteile zwar dreidimensional gestaltet, besitzen jedoch die gleiche Bauteildicke über den gesamten Querschnitt.adversely Here is that the components have a pure shell-like structure exhibit. Thus, the components are indeed designed in three dimensions, However, they have the same component thickness over the entire cross section.

In DE 197 216 61 A1 werden in einem dreidimensionalen Gitter angeordnete Stäbe zur Herstellung von Knochen- und Knorpelsatzersatzstrukturen für den unmittelbaren Einsatz in vivo beschrieben. Diese Stäbe bestehen aus biopolymeren, thermoplastischen Werkstoffen und werden mittels selektiven Lasersinterns aus einer pulverförmigen Schicht oder in einem Three-Dimensional Printing (3-DP) Verfahren, ähnlich dem Funktionsprinzip eines Tintenstrahldruckers, schichtweise zu einem dreidimensionalen Gitter aufgebaut.In DE 197 216 61 A1 For example, bars arranged in a three-dimensional grid are described for the preparation of bone and cartilage replacement structures for immediate use in vivo. These rods are made of biopolymer thermoplastic materials and are built up in layers to form a three-dimensional lattice by means of selective laser sintering from a powdered layer or in a three-dimensional printing (3-DP) process, similar to the functional principle of an inkjet printer.

Nachteilig ist hierbei, dass bei diesem Verfahren keine Fasermaterialien verwendet werden können.adversely Here is that in this process does not use fiber materials can be.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein dreidimensionales Trägermaterial aus Fasermaterial und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das sich frei dimensionieren und ohne Verwendung eines Gesenks oder Vorform herstellen lässt, ohne dabei eine nachteilige Verdichtung des Fasermaterials in Kauf nehmen zu müssen.The The object of the invention is a three-dimensional support material of fibrous material and a method for its production, the dimension yourself freely and without using a die or Preforming, without a disadvantageous compaction of the fiber material in purchase to have to take.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Trägermaterial mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von anhängigen Unteransprüchen.According to the invention Task by a carrier material solved with the features mentioned in claim 1. Advantageous embodiments are the subject of pending Dependent claims.

Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Anspruch 13 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.Furthermore, the object is achieved by a method having the features mentioned in claim 13. Advantageous variants of the method are the subject of dependent claims.

Das erfindungsgemäße Trägermaterial besteht aus regellos angeordneten Einzelfasern, die zu einem Vlies dreidimensional mit bestimmter Geometrie geformt und verfestigt sind. Abhängig vom Fasermaterial erfolgt die Verfestigung der Einzelfasern durch thermische, mechanische oder stoffschlüssige Bindetechnologien.The Inventive carrier material consists of randomly arranged single fibers, which become a fleece three-dimensionally shaped and solidified with a specific geometry are. Dependent From the fiber material, the solidification of the individual fibers by thermal, mechanical or cohesive bonding technologies.

Als Fasermaterialien werden biokompatibel synthetisch resorbierbare und/oder nicht abbaubare Fasermaterialien verwendet.When Fiber materials become biocompatible synthetically resorbable and / or non-degradable fiber materials.

Die Länge der einzelnen Fasern liegt zwischen 0,5 mm und einigen Zentimetern. Insbesondere bei Anwendung der Vernadelungstechnik zur Verfestigung des Vlieses ist der Einsatz von Fasern bis zu einer Länge von 20 cm möglich. Der Durchmesser der einzelnen Fasern beträgt zwischen 1 μm und 300 μm. Der Querschnitt der Fasern kann rund oder profiliert sein. Ebenso ist der Einsatz von gewellten und/oder geprägten Kurzfasern möglich.The Length of individual fibers is between 0.5 mm and a few centimeters. Especially when using the needling technique for solidification of the nonwoven is the use of fibers up to a length of 20 cm possible. The diameter of the individual fibers is between 1 μm and 300 μm. The cross section The fibers can be round or profiled. Likewise, the use of corrugated and / or embossed Short fibers possible.

Vorteilhaft lassen sich Hohlfasern für die Herstellung des Trägermaterials einsetzen, die weiterhin vorteilhaft poröse Wände aufweisen können.Advantageous can be hollow fibers for the production of the carrier material use, which may continue to have advantageous porous walls.

Das Trägermaterial kann vorteilhaft aus einer Mischung aus abbaubaren und nicht abbaubaren Fasern hergestellt werden, wobei die abbaubaren Fasern eine unterschiedliche Abbaukinematik aufweisen können.The support material can be advantageous from a mixture of degradable and non-degradable Fibers are made, the degradable fibers a different Can have degradation kinematics.

Die Mischung kann Fasern mit unterschiedlicher Länge und ggf. mit unterschiedlichen Faserquerschnitten aufweisen. Dabei ist es für den Erhalt eines porösen Materials von Vorteil, dass gekräuselte oder gewellte Fasern verarbeitet werden, womit sich eine regellose Anordnung und ein genügend großer Abstand zwischen den Fasern einstellt.The Mixture can fibers with different lengths and possibly with different Have fiber cross sections. It is for the preservation of a porous material advantageous that curled or corrugated fibers are processed, resulting in a random Arrangement and a sufficiently large distance between the fibers.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Trägermaterials kommt man ohne Verwendung einer Negativform oder eines Gesenks aus. Mit den Fasern wird zunächst auf einer ebenen oder unebenen Unterlage eine Schicht gebildet, die anschließend mittels einer thermischen, mechanischen oder stoffschlüssigen Bindetechnologie verfestigt wird. Der Bereich der Verfestigung ist dabei auf die zu erreichende Geometrie beschränkt. Anschließend erfolgt der Auftrag einer weiteren losen Schicht Fasermaterials, die wiederum einer Verfestigung unterzogen wird, wobei eine Verbindungsbildung mit der bereits zuvor verfestigten Schicht erfolgt.at the process for the preparation of the support material according to the invention is obtained without use a negative mold or a die. With the fibers first on a flat or uneven surface formed a layer, which then by means of solidified by a thermal, mechanical or cohesive bonding technology becomes. The area of consolidation is on the achievable Geometry limited. Subsequently the order of another loose layer of fiber material, which in turn is subjected to solidification, wherein a compound formation takes place with the previously solidified layer.

Die Abfolge der beiden Schritte wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Geometrie des Trägermaterials erreicht worden ist. Nicht verbundene Fasern außerhalb des Verfestigungsbereiches der einzelnen losen Schichten können auf einfache Weise vom Trägermaterial mechanisch getrennt werden.The Sequence of the two steps is repeated until the desired geometry of the carrier material has been achieved. Unconnected fibers outside the solidification area of individual loose layers can in a simple way from the carrier material be mechanically separated.

Bei der Herstellung ist neben einer ebenen oder unebenen Unterlage zur Ablage der losen Schicht eine seitliche Begrenzung vorteilhaft aber nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise bei Verwendung eines Behälters zur Herstellung des Trägermaterials lässt sich der Umgang mit den Fasern vereinfachen.at The production is in addition to a flat or uneven surface for Loose layer deposit a side border advantageous but not absolutely necessary. For example, when using a container for Production of the carrier material let yourself to make it easier to handle the fibers.

Der Auftrag der losen Schichten erfolgt vorteilhaft aus einem Vorratsbehälter mit einer Dosiereinrichtung. Eine gleichmäßige Verteilung der Faser kann durch verschiedene Mittel zum Abstreichen erreicht werden.Of the Application of the loose layers is advantageously carried out with a storage container a metering device. An even distribution of the fiber can can be achieved by different means of scraping.

Der Auftrag zusätzlicher Materialien, wie beispielsweise Klebstoff, zur Verfestigung der einzelnen Schichten erfolgt mittels einer Dosiereinrichtung, mit der sich die Schichten abscannen lassen, so dass der Auftrag des Klebstoffes der gewünschten Geometrie des Trägermaterials folgt. Die Steuerung bzw. die Scannbewegung erfolgt an Hand eines Computermodells auf Grundlage der Geometriedaten des herzustellenden Trägermaterials.Of the Order additional Materials, such as adhesive, to solidify the individual layers by means of a metering device, with the Allow the layers to scan, leaving the application of the adhesive the desired Geometry of the carrier material follows. The control or the scanning movement takes place by means of a Computer model based on the geometry data of the manufactured Support material.

Die Dosierung des Klebstoffes wird dabei so gewählt, dass im Wesentlichen eine Benetzung der losen Schicht erfolgt. Bei der Wahl einer alternativen Bindetechnologie wird analog verfahren, so dass sich beispielsweise der mechanische Verfestigungsvorgang auf den Bereich der gerade gebildeten losen Schicht beschränkt.The Dosing of the adhesive is chosen so that essentially one Wetting of the loose layer takes place. When choosing an alternative binding technology is analogous procedure, so that, for example, the mechanical Solidification process on the area of the loose layer just formed limited.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich aus einem lose aufgeschichteten Fasermaterial mit alternierend folgenden Verfestigungsschritten ein Trägermaterial mit beliebiger dreidimensionaler Gestalt herstellen. Der dazu benötige gerätetechnische Aufwand und die Menge an verbrauchtem Fasermaterial sind gering. Die Porosität ist durch die Wahl der alternierend aufeinander folgenden Verfahrensschritte, durch die Wahl des Fasermaterials, ggf. in bestimmten Mischungen, und die Wahl der Verfestigungstechnologie genau und reproduzierbar einstellbar.With Help of the method according to the invention can be from a loosely piled fiber material with alternating following Solidification steps a carrier material produce with any three-dimensional shape. The equipment required for this purpose Effort and the amount of spent fiber material are low. The porosity is determined by the choice of the alternating successive process steps, by the choice of the fiber material, possibly in certain mixtures, and the choice of solidification technology accurate and reproducible adjustable.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine definierte Porosität erreichen. Porositäten um 98% über die gesamte Geometrie des Trägermaterials sind möglich. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, gezielt Kavitäten und Mikrostrukturen im Trägermaterial zu erzeugten, um die Wachstumsbedingung bei einer Besiedelung mit Zellen und ggf. ein späteres Einwachsen des Implantats zu begünstigen.With the method according to the invention let yourself a defined porosity to reach. Porosities around 98% over the entire geometry of the substrate are possible. It exists about it addition the possibility targeted cavities and microstructures in the substrate to generate the growth condition in colonization with Cells and possibly a later one Ingrowth of the implant to favor.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. In show the drawings:

1 eine Darstellung zweier Geometrien von Trägermaterialien 1 a representation of two geometries of support materials

2 ein Trägermaterial in der Geometrie eines Jochbeins 2 a carrier material in the geometry of a zygomatic bone

3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Vliesbildung 3 a representation to illustrate the web formation

4 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verfestigung 4 a representation to illustrate the solidification

5 eine Darstellung mit einer alternativen Variante der Verfestigung 5 a representation with an alternative variant of solidification

6 eine Darstellung mit einer weiteren alternativen Variante der Verfestigung 6 a representation with a further alternative variant of solidification

7 ein Trägermaterial in der Geometrie eines Jochbeins mit dargestelltem Ausschnitt 7 a carrier material in the geometry of a zygomatic bone with a section shown

8 eine Vergrößerung des Ausschnittes aus 7 8th an enlargement of the section 7

9 eine strukturelle Darstellung einer Schicht 9 a structural representation of a layer

10 eine Vergrößerung zu 9 10 an enlargement too 9

11 eine Darstellung einer Vergrößerung mit Bindepunkt 11 a representation of a magnification with binding point

1 zeigt zwei Trägermaterialien 1 mit einer einfachen dreidimensionalen Struktur. Die linke Abbildung zeigt einen Zylinder mit einem Durchmesser von ca. 10 mm und einer Höhe von 5 mm. Die rechte Abbildung zeigt eine Struktur, die beim schichtweisen Aufbau ab einer Höhe von ca. 2,5 mm nur zur Hälfte der Fläche verfestigt wurde. Das ungebundene Fasermaterial wurde nach Fertigstellung des Trägermaterials entfernt. 1 shows two carrier materials 1 with a simple three-dimensional structure. The left picture shows a cylinder with a diameter of about 10 mm and a height of 5 mm. The figure on the right shows a structure that was only solidified in half of the surface at a layered structure from a height of approx. 2.5 mm. The unbound fiber material was removed after completion of the carrier material.

Als Fasermaterial wurden Polyamidkurzfasern (PA6.6, 1 mm, 6,7 dtex) verwendet. Zur Verfestigung der Fasern wurde ein UV aushärtender Klebstoff eingesetzt, der selbst nicht biokompatibel ist. Für biokompatible Trägermaterialien können geeignete biokompatible Klebstoffe ausgewählt und eingesetzt werden. Es können verschiedene Pharma-Gelatinen (5%ige–20%ige Lösungen) oder fibrilliertes Kollagen eingesetzt werden. Jedoch müssen sie zum Fixieren nicht erhitzt, sondern gekühlt und anschließend z. B. in einer 1%ige EDC-Lösung (N-Dimethylaminopropyl-N-ethylcarbodiimid-Hydrochlorid) in 80%igen Ethanol vernetzt werden.When Fiber material became polyamide short fibers (PA6.6, 1 mm, 6.7 dtex) used. To solidify the fibers was a UV curing Adhesive used, which is not biocompatible itself. For biocompatible support materials can suitable biocompatible adhesives are selected and used. It can various pharmaceutical gelatins (5% -20% solutions) or fibrillated collagen be used. However, you have to they are not heated to fix, but cooled and then z. B. in a 1% EDC solution (N-dimethylaminopropyl-N-ethylcarbodiimide hydrochloride) in 80% Be crosslinked ethanol.

2 zeigt eine Seitenansicht eines menschlichen Jochbeins. Ein herzustellende Trägermaterial 1 soll diesen Abmessungen entsprechen. 2 shows a side view of a human zygomatic bone. A carrier material to be produced 1 should correspond to these dimensions.

In 3 ist der Verfahrensschritt der Vliesbildung dargestellt. In einem Behälter 4 sind in einer vereinfachten Seitenansicht mehrere Schichten 2 von Fasermaterial dargestellt. Die hellen Bereiche stellten unverfestigtes 2.1, die dunklen Bereiche stellen verfestigtes Fasermaterial 2.2 dar.In 3 the process step of web formation is shown. In a container 4 are in a simplified side view multiple layers 2 represented by fiber material. The light areas set undecorated 2.1 , the dark areas represent solidified fiber material 2.2 represents.

Eine Dosiereinrichtung 3 für das Fasermaterial ist über dem Behälter 4 angebracht, und lässt sich in X-, Y- und Z-Ebene steuern. Über der oberen Schicht aus unverfestigten und verfestigtem Fasermaterial wird mit der Dosiereinrichtung 3 eine weitere Schicht Fasermaterial aufgetragen.A metering device 3 for the fiber material is above the container 4 attached, and can be controlled in X, Y and Z plane. Above the upper layer of unconsolidated and solidified fiber material is with the metering device 3 applied another layer of fiber material.

Nachdem in dem Behälter 4 eine vollständige Schicht aus losem Fasermaterial 2.1 aufgetragen worden ist, folgt entsprechend der Darstellung in 4 die Verfestigung.After in the container 4 a complete layer of loose fiber material 2.1 has been applied follows as shown in FIG 4 the solidification.

4 zeigt den Verfahrensschritt der Verfestigung des Fasermaterials. 4 shows the process step of solidification of the fiber material.

Das unverfestigte Fasermaterial 2.1 wird mit einem Mikrodosiersystem 10, mit dem ein Klebstoff in gering dosierbaren Mengen aufgebracht werden kann, in einer linienförmigen Bewegung abgetastet. Der Auftrag von Klebstoff ist hierbei auf die zu erreichende Geometrie des Trägermaterials 1 beschränkt. Auf diese Weise lässt sich ein verfestigter Bereich im sonst unverfestigten Fasermaterial herstellen.The unconsolidated fiber material 2.1 is using a microdosing system 10 , with which an adhesive can be applied in small dosages, scanned in a linear movement. The application of adhesive here is on the geometry of the substrate to be achieved 1 limited. In this way, a solidified area in otherwise unconsolidated fiber material can be produced.

Mit dem Mikrodosiersystem 10 wird der Kleber in sehr kleinen Mengen mit einem zwischen 30 × 10^–12 l bis 500 × 10^–12 l (entspricht einen Tropfendurchmesser zwischen ca. 9 μm und 50 μm) wählbaren Tropfvolumen dosiert und auf die zuvor aufgeschichteten Fasern aufgetragen.With the microdosing system 10 the adhesive is dosed in very small quantities with a drip volume which can be selected between 30 × 10 ^-12 l and 500 × 10 ^-12 l (corresponding to a droplet diameter between approx. 9 μm and 50 μm) and applied to the previously stacked fibers.

Alternativ zur Steuerung der Dosiereinrichtung 3 und des Mikrodosiersystems 10 lässt sich der Behälter 4, in dem sich das Trägermaterial 1 befindet, beim Aufschichten der Fasern und zum flächigen Verteilen der Klebtropfen hin und her bewegt. Zur erneuten Schichtbildung wird die Basis des Behälters 4 um einen Bruchteil der eigentlichen Faserlänge abgesenkt. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen Schichten untereinander verbunden sind. Bei dem Ausführungsbeispiel wurde die Basis des Behälters um ca. 0,4 mm abgesenkt. Anschließend erfolgt der Auftrag einer neuen Schicht, die wieder mit Klebstoff versehen wird. Der Kleber wurde mit Hilfe von UV-Licht ausgehärtet.Alternatively to the control of the dosing device 3 and the microdosing system 10 lets the container 4 in which the carrier material 1 is, during the layering of the fibers and for the surface distribution of the adhesive drops reciprocated. For re-stratification, the base of the container 4 lowered by a fraction of the actual fiber length. This ensures that the individual layers are interconnected. In the embodiment, the base of the container has been lowered by about 0.4 mm. Subsequently, the order of a new layer, which is provided with adhesive again. The adhesive was cured by means of UV light.

Die Herstellung einer komplizierten dreidimensionalen Geometrie wird mit Hilfe einer CNC-Steuerung des Behälters 4 unter der Dosiereinrichtung bzw. unter dem Mikrodosiersystem 10 realisiert. Damit wird gewährleistet, dass die Betropfung der Vliesschichten mit dem Klebstoff im gewünschten Raster erfolgt. Dreidimensionale Strukturen können durch ein wiederholtes Aufschichten der Fasermaterialien genau und reproduzierbar nachgebildet werden.The production of a complicated three-dimensional geometry is done by means of a CNC control of the container 4 under the metering device or under the microdosing system 10 realized. This ensures that the staining of the nonwoven layers with the adhesive takes place in the desired pattern. Three-dimensional structures can be replicated accurately and reproducibly by repeated layering of the fiber materials.

In der 5 ist eine alternative Variante zur Verfestigung des Fasermaterials dargestellt. Anstelle der Aufbringung von Klebstoff erfolgt die Verfestigung in der oberen Schicht 2 durch eine mechanische Bindetechnologie. Hierzu werden Nadeln 5 mittels einer Mechanik 11 in eine senkrechte und/oder schräge Bewegung versetzt und über die obere Schicht geführt.In the 5 an alternative variant for solidifying the fiber material is shown. Instead of the application of adhesive, solidification takes place in the upper layer 2 through a mechanical binding technology. These are needles 5 by means of a mechanism 11 placed in a vertical and / or oblique motion and passed over the upper layer.

Eine weitere alternative Variante zur Verfestigung des Fasermaterials ist in 6 dargestellt. Die Verfestigung erfolgt hier durch Anwendung einer thermischen Bindetechnologie. Durch Erhitzen der oberen Schicht mit Hilfe eines Lasers 6 und angeschlossener Optik 7 werden die Fasern aufgeschmolzen und an Bindepunkten miteinander vereinigt. Der Brennpunkt 8 liegt im Bereich der oberen Schicht 2.Another alternative variant for solidifying the fiber material is in 6 shown. The solidification takes place here by applying a thermal bonding technology. By heating the upper layer with the help of a laser 6 and connected optics 7 The fibers are melted and combined at binding points. The focal point 8th lies in the area of the upper layer 2 ,

Die 7 zeigt eine Darstellung des Trägermaterials 1 mit einem gekennzeichneten Bereich, dessen Vergrößerung in 8 dargestellt ist. Die Laser-Scanning-Mikroskopische-Vergrößerung in 8 zeigt einen dreidimensionalen Ausschnitt der Vliesstruktur.The 7 shows a representation of the carrier material 1 with a designated area whose magnification is in 8th is shown. The laser scanning microscopic magnification in 8th shows a three-dimensional section of the nonwoven structure.

In 9 bis 11 sind mikroskopische Aufnahmen des hergestellten Trägermaterials dargestellt. Die Vergrößerung in 11 zeigt die Bindestelle zwischen zwei Fasern. Aufgrund des geringen Volumens des Klebers, das sich genau dosieren lässt, treffen die Klebstofftropfen die Außenfläche der Fasern und haften dort. Beim erneuten Auftrag von Fasern verkleben die Fasern an den Berührungspunkten. Wie die Vergrößerungen zeigen, bildet sich eine offenporige Struktur aus.In 9 to 11 Microscopic images of the substrate produced are shown. The magnification in 11 shows the binding site between two fibers. Due to the small volume of the adhesive, which can be precisely metered, the drops of adhesive hit the outer surface of the fibers and adhere there. When re-applying fibers, the fibers stick together at the points of contact. As the enlargements show, an open-pored structure is formed.

11: Trägermaterialsupport material
22: Schichtlayer
2.12.1: unverfestigtes Fasermaterialunconsolidated fiber material
2.22.2: verfestigtes Fasermaterialsolidified fiber material
33: Dosiereinrichtungmetering
44: Behältercontainer
55: Nadelneedle
66: Laserlaser
77: Optikoptics
88th: Brennpunktfocus
99: Faserfiber
1010: Mikrodosiersystemmicro-dosing system
1111: Mechanikmechanics
1212: Bindepunktbinding point

Claims

Trägermaterial aus Fasern, aufweisend eine freie dreidimensionale Geometrie und eine offenporige Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein der dreidimensionalen Geometrie entsprechend gebildetes und verfestigtes Vlies aus einzelnen Fasern ist.A carrier material made of fibers, having a free three-dimensional geometry and an open-pored structure, characterized in that the carrier material is a three-dimensional geometry correspondingly formed and solidified nonwoven fabric of individual fibers.

Trägermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies eine schichtweise verfestigte Faserstruktur aufweist.support material according to claim 1, characterized in that the nonwoven a layerwise has solidified fiber structure.

Trägermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies eine vernetzte Porenstruktur aufweist.support material according to claim 1 or 2, characterized in that the nonwoven a having crosslinked pore structure.

Trägermaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vernetzte Porenstruktur Nachbildungen von Gefäßstrukturen aufweist.support material according to claim 3, characterized in that the crosslinked pore structure replicas of vascular structures having.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies resorbierbare und nicht resorbierbare Fasern enthält, wobei die resorbierbaren Fasern ggf. eine unterschiedliche Abbaukinematik aufweisen.support material according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the nonwoven resorbable and contains non-absorbable fibers, wherein the resorbable fibers optionally have a different degradation kinematics exhibit.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies Fasern mit unterschiedlichem Querschnitt enthält.support material according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the nonwoven fibers with different Contains cross section.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies Fasern mit unterschiedlicher Feinheit enthält.support material according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the nonwoven fibers with different Contains fineness.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Länge von 0,5 mm bis 20 cm aufweisen.support material according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the fibers have a length of 0.5 mm to 20 cm.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen Durchmesser von 1 μm bis 300 μm aufweisen.support material according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the fibers have a diameter of 1 μm up to 300 μm exhibit.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faseranteil gewellt und/oder geprägt ist.support material according to one of the claims 1 to 9, characterized in that at least one fiber content corrugated and / or embossed is.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern punktuell miteinander verschmolzen sind.support material according to one of the claims 1 to 10, characterized in that the fibers are punctiform with each other are merged.

Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mechanisch untereinander verhakt sind.Support material according to one of claims 1 to 11, characterized in that the fibers are mechanically entangled with each other.

Verfahren zur Herstellung eines Trägermaterials aus Fasern, bei dem ein Trägermaterial mit einer frei wählbaren dreidimensionalen Geometrie und einer offenporigen Struktur erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) aus einzelnen Fasern eine Vliesbildung und nachfolgend eine Vliesverfestigung vorgenommen wird, wobei die Vliesverfestigung in einem Bereich erfolgt, der durch die zu erzeugende Geometrie bestimmt ist, b) auf dem bereits verfestigten Vlies mit der Vliesbildung und der darauf folgenden Vliesverfestigung im Bereich der zu erzeugenden Geometrie fortgesetzt wird, c) und die alternierende Vliesbildung und Vliesverfestigung so lange wiederholt wird, bis das dreidimensionale Trägermaterial mit der gewünschten Geometrie vorliegt.Process for producing a carrier material made of fibers, in which a carrier material with a freely selectable generated three-dimensional geometry and an open-pore structure becomes, characterized in that a) of individual fibers a web formation and then a nonwoven consolidated wherein the nonwoven bonding takes place in a range that is determined by the geometry to be generated, b) on the already consolidated web with the web formation and the following Non-woven bonding is continued in the area of the geometry to be produced, c) and the alternating web formation and nonwoven bonding for so long is repeated until the three-dimensional substrate with the desired Geometry is present.

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vliesbildung auf einer ebenen oder einer unebenen Unterlage erfolgt.Method according to claim 13, characterized in that that the first fleece formation on a flat or an uneven Underlay takes place.

Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesbildung und Vliesverfestigung auf einer Unterlage mit einer seitlichen Begrenzung vorgenommen wird.Method according to claim 13 or 14, characterized that the web formation and nonwoven bonding on a base is made with a lateral boundary.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesverfestigung mittels einer thermische Bindetechnologien vorgenommen wird.Method according to one of claims 13 to 15, characterized that the web bonding by means of a thermal bonding technologies is made.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesverfestigung mittels einer mechanischen Bindetechnologie vorgenommen wird.Method according to one of claims 13 to 16, characterized that the web bonding is done by means of a mechanical binding technology becomes.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesverfestigung mittels einer stoffschlüssigen Bindetechnologie vorgenommen wird.Method according to one of claims 13 to 17, characterized that the web bonding is carried out by means of a cohesive bonding technology becomes.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesbildung und Vliesverfestigung mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei die Fasermischung resorbierbare und nicht resorbierbare Fasern enthält, wobei die resorbierbaren Fasern ggf. eine unterschiedliche Abbaukinematik aufweisen.Method according to one of claims 13 to 18, characterized that the web formation and nonwoven bonding with a fiber mixture is made, the fiber mixture absorbable and not contains absorbable fibers, wherein the resorbable fibers optionally have a different degradation kinematics exhibit.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesbildung und Vliesverfestigung mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei die Fasermischung Fasern mit unterschiedlichem Querschnitt enthält.Method according to one of claims 13 to 19, characterized that the web formation and nonwoven bonding with a fiber mixture is made, wherein the fiber mixture fibers with different Contains cross section.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesbildung und Vliesverfestigung mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei die Fasermischung Fasern mit unterschiedlicher Feinheit enthält.Method according to one of claims 13 to 20, characterized that the web formation and nonwoven bonding with a fiber mixture is made, wherein the fiber mixture fibers with different Contains fineness.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesbildung und Vliesverfestigung mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei die Fasermischung Faser einer Länge von 0,5 mm bis 20 cm enthält.Method according to one of claims 13 to 21, characterized that the web formation and nonwoven bonding with a fiber mixture is made, wherein the fiber mixture fiber of a length of 0.5 mm to 20 cm.

Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesbildung und Vliesverfestigung mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei die Fasermischung Faser mit einem Durchmesser von 1 μm bis 300 μm enthält.Method according to one of claims 13 to 22, characterized that the web formation and nonwoven bonding with a fiber mixture is made, wherein the fiber mixture fiber with a diameter of 1 μm up to 300 μm contains.