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Entwick­lung kör­per­ge­tra­gener Produkte

Die Entwick­lung von kör­per­ge­tra­ge­nen Pro­duk­ten wie Prothe­sen, Orthe­sen aber auch kom­plexen Exoskelet­ten, wie sie am Fraunhofer-​Institut für Pro­duk­tion­stech­nik und Automa­tisierung (IPA) externer Link durchge­führt wird, erfordert ein umfassendes Ver­ständ­nis über die Bio­mechanik des Men­schen und seiner Indi­vid­u­al­ität. Für eine erfol­gre­iche Pro­duk­ten­twick­lung ist die Analyse der men­schlichen Bewe­gungsabläufe durch hoch tech­nol­o­gisch entwick­elte Sys­teme zur Erfas­sung und Über­prü­fung im Labor unumgänglich. Hier­für ist ein inter­diszi­plinäres Team mit Experten aus den Bere­ichen Maschi­nen­bau, Design, Medi­z­in­tech­nik, Phys­io­ther­a­pie und Sportwissenschaften notwendig.

Bei Kon­struk­tion und Design wer­den die Ergeb­nisse der Bewe­gungs­analyse berück­sichtigt und mit mod­er­nen Pro­duk­tionsver­fahren wie dem 3D-​Druck kom­biniert. Hier­durch kön­nen schnelle Entwick­lun­gen erster Funk­tion­s­muster gewährleis­tet wer­den. Diese Funk­tion­s­muster und Pro­to­typen lassen sich entsprechend der indi­vidu­ellen Belas­tun­gen aus der Bewe­gungs­analyse prüfen und gekop­pelt mit Sim­u­la­tion evaluieren und optimieren.

Durch mod­erne Ver­fahren kann die Arbeit von Orthopädi­etech­nikern erle­ichtert und bessere, z. B. gewicht­sre­duzierte und funk­tionelle Pro­dukte für die Patien­ten, entwick­elt werden.

Einen zen­tralen Punkt bilden dabei die gen­er­a­tiven Fer­ti­gungsver­fahren (Addi­tive Man­u­fac­tur­ing). Diese Schicht­bau­ver­fahren ermöglichen eine werkzeu­glose Her­stel­lung direkt aus CAD-​Daten. Durch die geometrische Frei­heit dieser Ver­fahren ergeben sich neue Möglichkeiten im Bere­ich der Bionik. Dabei kön­nen extrem leichte Struk­turen der Natur oder bion­is­che Opti­mierungsver­fahren wie die Topolo­gieop­ti­mierung in Pro­dukte wie Prothe­sen, Orthe­sen oder chirur­gis­che Instru­mente inte­gri­ert wer­den. Durch diese Tech­nolo­gie lassen sich auch Funk­tio­nen wie Fed­erele­mente, Ver­schlüsse oder Aktoren, die bisher nicht oder nur mit viel Aufwand in die Pro­dukte inte­gri­ert wur­den, umsetzen.

Die Kom­bi­na­tion aus 3D-​Scanner, CAD-​Technologie und gen­er­a­tiven Fer­ti­gungsver­fahren bildet einen neuen, von der Natur inspiri­erten, dig­i­talen Arbeit­sprozess für neue, zukun­ftsweisende Produkte.

Im Test­la­bor kön­nen vere­in­fachte Belas­tung­stests durch Zug-​/​Druck-​/​3-​Punkt-​Biegeprüfung durchge­führt wer­den, um die Prothe­sen und Orthe­sen mit einer Test­mas­chine basierend auf ISO 22675 kraft– und posi­tion­s­ges­teuert zu testen. Kom­plexe drei­di­men­sion­ale Belas­tungs­fälle und dynamis­che Bewe­gungsabläufe kön­nen mit einem Roboter simuliert wer­den. Die indi­vidu­ellen Bewe­gun­gen und Kräfte des Men­schen wer­den 1:1 auf den Roboter über­tra­gen. Damit entsteht ein real­is­tis­ches Abbild der Belas­tung durch den Roboter und ein auf „Herz– und Nieren“ geprüftes Produkt.

Kon­tin­u­umsmech­a­nis­che Simulation

Die Lastverteilung inner­halb des prox­i­malen Ober­schenkel­knochens (Femur).

Mikro­mech­anis­che Simulation

LC18 48 epsq cutted

Die Mikro­mechanik des soge­nan­nten spongiösen Knochen­ma­te­ri­als, wie es inner­halb der Gelenkbere­iche der lan­gen Röhren­knochen des Men­schen vorkommt.

Cat­e­gory: Kör­per­runde