Projektbeispiele aus dem Bereich Medizintechnik

Im Rahmen des Forschungsclusters »Programmierbare Materialien« ist es durch die Weiterentwicklung des Laserstrahlschmelzens gelungen, programmierbare, funktionale Bauteile aus Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen (NiTi-FGL) additiv zu fertigen. So entstanden superelastische Gitterstrukturen, deren Steifigkeit sich gezielt festlegen lässt. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Energiedichte aus.

Im Rahmen des Projekts wurde ein neuartiges hybrides System für die Positionierung und Positionsausrichtung sowie die reproduzierbare Bauteilspannung von Präzisionsbauteilen (Mikro und Makro) und schwer zu spannenden Bauteilen (z. B. dünnwandige Bauteile) entwickelt. Das Spannsystem ist flexibel für unterschiedliche Fertigungsverfahren (z. B. Mikro-Präzisionsspanen, Laserstrukturierung, EDM, ECM) einsetzbar und zeichnet sich vor allem durch eine hohe Genauigkeit im Makrobereich und eine hohe Funktionsdichte in der Mikrobearbeitung aus.

Das WIR! Bündnis DIANA wird in der strukturschwachen Region zwischen Chemnitz und Leipzig künftig eine Versorgungslücke schließen und ein Netzwerk zur Fertigung und Anwendung von innovativer Point-of-Care-Diagnostik etablieren. Diese wird einfach, kostengünstig und zuverlässig Messdaten zum Gesundheitszustand vor Ort beim Patienten ermöglichen.

Bei der Zerspanung stehen Werkzeugverschleiß, Gratbildung oder Spanbruch einer weiteren Verbesserung der Produktivität, Prozesssicherheit und Qualität entgegen. Mit schwingungsunterstützten Systemen sind weitere Optimierungspotenziale gerade in der Serienfertigung möglich. Am Fraunhofer IWU wurden in mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit prototypische Schwingsysteme realisiert sowie die Wirkmechanismen der Prozesse erforscht. Im Projekt VibroCut werden nun die vorhandenen Prototypen weiterentwickelt und in marktfähige Produkte überführt.

Blechverarbeitende Betriebe stehen vor der großen Herausforderung, eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien verarbeiten zu müssen. Dabei sind die Werkzeugoberflächen bei der Umformung verschiedener Legierungen hohen Belastungen ausgesetzt, was zu Verschleiß und vorzeitigem Werkzeugausfall führt. Das Gasborieren ist ein neuer Ansatz für die Beschichtung von Werkzeugen für die Umformung von Blechwerkstoffen.

Das Projekt TiAlHighEnd beschäftigt sich mit der wirtschaftlichen Umformung von Titan und Titanlegierungen bei hohen Temperaturen. Ziel ist es, Werkzeugwerkstoffe für extreme Umformbedingungen durch oberflächentechnische Verfahren gezielt zu optimieren. Durch die Modifikation der Oberflächen werden sowohl die Reibwerte deutlich reduziert als auch die Härte signifikant gesteigert, wodurch die Standzeit der Werkzeuge verbessert wird.

Damit Verwechslungen vermieden und eine lückenlose Nachverfolgung der Bauteile über den gesamten Produktlebenszyklus sichergestellt werden kann, werden Produkte eindeutig gekennzeichnet. In der Medizintechnik ist eine eindeutige Markierung der Produkte sogar gesetzlich vorgeschrieben. Wir haben eine Methode zur Bauteilidentifikation entwickelt, bei der während der additiven Fertigung auslesbare Codes direkt in den Werkstoff integriert werden.

Zukünftig werden hybride Arbeitsplätze, an denen bioinspirierte Technologien als autonome Systeme und/oder in symbiotischer Zusammenarbeit mit Menschen zum Einsatz kommen, eine immer größere Rolle spielen. Um dies zu ermöglichen, müssen Vorteile der Softrobotik wie Sicherheit und Flexibilität sowie die Möglichkeit, repetitive Aufgaben ermüdungsfrei durchzuführen, in neuen Systemen kombiniert werden. Im Projekt BioiC werden dafür Roboter nach biologischen Vorbildern entwickelt, die für die Produktion essentielle Zielgrößen erreichen und dennoch inhärent sicher sind bzw. Arbeitsaufgaben dank ihrer kognitiven Fähigkeiten autonom anpassen können.

Mittels 3D-Druck können erstmals realistische, biomechanisch korrekte Knochenmodelle hergestellt werden. Im Bereich der Implantatprüfungen und -zulassungen werden Entwicklungsprozesse verbessert, da erstmals künstliche Knochenmodelle zur Verfügung stehen, die an spezifische Krankheitsbilder angepasste Materialeigenschaften aufweisen. Auch die Anzahl der in der Forschung und Entwicklung benötigten Humanpräparate und Versuchstiere könnte reduziert werden.

Fingerorthesen kommen meist zur Ruhigstellung einzelner Finger zum Einsatz und sollten für eine bestmögliche Wirkung für die Patientin oder den Patienten maßgefertigt sein. Mit WEAM (Wire Encapsulation Additive Manufacturing) lassen sich Orthesen zunächst in 2D drucken und für die individuelle Fingergröße vordimensionieren; dank »eingedruckter« Drähte können sie anschließend optimal an die Anatomie des Fingers angepasst werden.