Projektbeispiele aus dem Bereich Medizintechnik

Die Vielfalt der verfügbaren FGL-Halbzeuge erlaubt die Integration der aktiven und biokompatiblen Materialien in vorhandene Systemkomponenten wie Pedikelschrauben und Hüftendoprothesen, aber auch den Aufbau völlig neuartiger adaptiver Komponenten und Materialverbunde wie z. B. FGL-Textil-Strukturen. Mit der Integration der FGL-Drahtmaterialien in textile Basisstrukturen konnten gemeinsam mit dem Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V. adaptive FGL-Textil-Strukturen realisiert werden, die eine definierte Änderung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens bei Aktivierung ermöglichen. Ziel ist die situative Anpassung der Kompressionseigenschaften von medizinischen Bandagen- und Orthesensystemen.

Bis zu 80 % aller Kinder in Deutschland haben eine Haltungsschwäche, die sich im Laufe der Pubertät zu einer Skoliose entwickeln kann und deren aufwändige und teils schmerzhafte Therapie die betroffenen Kinder und Jugendlichen stark belastet. In einem interdisziplinären Vorhaben ist ein neuartiges multifunktionales therapeutisch-diagnostisches System entstanden, das vor allem bei junge Patienten die Skoliosebehandlung nach der FED-Methode unterstützt.

Als Stereotaxie bezeichnet man ein neurochirurgisches Verfahren, bei dem ein vor der Operation geplanter Zielpunkt während der eigentlichen Operation mit einem chirurgischen Instrument oder Elektroden erreicht werden soll. Konventionelle stereotaktische Rahmen, die als Zielvorrichtung dienen, haben auf Grund ihres hohen Gewichtes von bis zu 2.000 g und einer Vielzahl einzelner Justierungsschritte erhebliche Nachteile im Komfort für Patienten und Chirurgen. Der stereotaktische Rahmen soll als patientenspezifische Halterung im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden. Dabei kommen leichte und hochbelastbare Kunststoffe mit medizinischer Eignung (Biokompatibilität) zum Einsatz.

Implantate (Endoprothesen) ersetzen geschädigte Körperteile teilweise oder vollständig und verbleiben dauerhaft im Inneren des menschlichen Körpers. Heute werden Endoprothesen überwiegend spanend, umformend oder gießtechnisch gefertigt. Es bestehen jedoch Verfahrensrestriktionen. Eine neuartige Möglichkeit zur Herstellung von Endoprothesen bietet das generative Fertigungsverfahren Strahlschmelzen.

Nach dem Einsatz eines neuen Hüftgelenks kann es passieren, dass das Bein nicht mehr die ursprüngliche Länge hat. Mögliche Folge sind Probleme mit der Wirbelsäule. Mit einem neuen Verfahren lässt sich die Beinlänge künftig während der Operation genau justieren.

Die Anpassung von Implantaten an patientenindividuelle Geometrien kann bspw. durch die manuelle Bearbeitung von Standardsystemen vor oder während der OP erfolgen. Dies ist ein zeit- und kostenintensiver Prozess. Patientenspezifische Titanimplantate werden für die Behandlung von Knochenfrakturen verwendet, so z. B. in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie.

Der chirurgische Sauger auf FGL-Basis wurde zur Entfernung von Hirntumoren durch die Nase entwickelt. Der Sauger kann während der OP durch den Chirurgen individuell an die Patientenanatomie angepasst werden. Damit wird ermöglicht, den kurvenreichen Zugang durch die Nase bis zum Tumor ohne Verletzung von Nerven oder Blutgefäßen sicher zu passieren.

Additive Fertigung bleibt hochaktuell: Sie ermöglicht kürzere Entwicklungszeiten, flexible Prozesse, kostengünstige Kleinserien und komplexe Designs. Herausforderungen wie lange Fertigungszeiten und mangelnde Prozesssicherheit begegnen wir im Projekt WIG-3D-AM durch die innovative Kombination einer schnellen 6-Achs-Parallelkinematik mit einem hochratenfähigen WIG-Prozesskopf für den 3D-Druck von Metallbauteilen.

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.

Konventionelle Aktoren auf FGL-Basis überzeugen durch ihre hohe Energiedichte, kompakte und leichte Bauweise, geräuschlosen Betrieb sowie einfache Ansteuerung. Dennoch sind sie in ihrer Hubbewegung auf wenige Millimeter begrenzt. Diese Einschränkung limitiert ihren Einsatz in Anwendungen, die größere Verfahrwege bei gleichzeitig geringem Bauraum und Gewicht erfordern. Zudem benötigen viele herkömmliche Aktoren kontinuierlich Energie, um eine Position zu halten. Durch Kombination von FGL-Technologie mit dem Inchworm-Prinzip ist es gelungen, einen innovativen FGL-Inchworm-Aktor zu entwickeln, der die Vorteile beider Konzepte vereint.