Patientenindividuelle Orthesen mit reversibler Um-/Anformbarkeit

Orthesen zur reversiblen, individuellen An- und Abformung durch thermisch induzierten Phasenwechsel des Polymers

Herausforderung

Orthesen werden in der Regel zur Ruhigstellung einzelner Gelenke oder Gelenkketten eingesetzt und sollten – um eine bestmögliche Wirkung für die Patientin oder den Patienten zu erzielen – maßgefertigt bzw. angepasst sein.

Lösung

Mit dem WEAM-Verfahren lassen sich Orthesen zunächst auf die individuelle Konfektionsgröße in 2D drucken und für die individuellen Körpermaße vordimensionieren. Dank integrierter (»eingedruckter«) Heizdrähte können sie anschließend optimal an die individuelle Anatomie angepasst werden. Dazu wird der integrierte Draht über elektrischen Widerstand aufgeheizt, so dass sich der Kunststoffmantel bis zur Erweichungstemperatur erwärmt. Der Kunststoff ist dann ähnlich leicht formbar wie Knetmasse. Nach dem Abkühlen ist er wieder so steif, dass er seine vorgesehene Stützfunktion optimal erfüllen kann. Der Vorteil gegenüber vorgefertigten Standardorthesen ist die individuelle Anpassbarkeit, was auch im Verlauf der Behandlung durch eine neuerliche Erwärmung des Kunststoffs zur Anpassung auf veränderte Behandlungsrandbedingungen möglich ist.

Im Vergleich zu dreidimensional gedruckten Hilfsmitteln benötigen WEAM-Orthesen weniger Druckzeit und sind dank der flexiblen Anpassbarkeit weniger fehleranfällig. Ein weiterer Vorteil drahtintegrierter Orthesen besteht in der einfachen Handhabung des Systems, da im Vergleich zu herkömmlichen Orthesen aus Standardmaterial (Thermoplast, das im Wasserbad oder Ofen erhitzt wird) keine zeitliche Begrenzung im Anpassungsprozess besteht. Das heißt, dass der weiche, formbare Zustand der Orthese im Vergleich zum aktuellen iterativen Prozess bei der Patientenanformung (Erwärmen – Anformen – Erwärmen – Anformen usw.) zeitunabhängig aufrechterhalten werden kann. Ein wiederholtes Erwärmen der Orthese im Wasserbad oder Ofen ist nicht mehr erforderlich, was zu einem insgesamt kürzeren Anformungszeit führt.

Einblick in das Projekt

WEAM-Orthese
Mit WEAM hergestellte Finger-Orthese angeformt an ein Handmodell
WEAM-Finger-Orthese als planarer Rohling und in individuell angeformter Ausführung
WEAM-Finger-Orthese als planarer Rohling und in individuell angeformter Ausführung
An unterschiedliche Fingerkonturen angeformte WEAM-Finger-Orthese
An unterschiedliche Fingerkonturen angeformte WEAM-Finger-Orthese
Produktionsprozess für adaptive Multimaterial-Fußgelenk-Orthese mit WEAM
Produktionsprozess für adaptive Multimaterial-Fußgelenk-Orthese mit WEAM
Funktionsdemonstrator einer WEAM-gefertigten Fußgelenk-Orthese mit integrierten Heizdrähten zur adaptiven Anformung
Funktionsdemonstrator einer WEAM-gefertigten Fußgelenk-Orthese mit integrierten Heizdrähten zur adaptiven Anformung
Demonstrator einer funktionsintegrierten Fußgelenk-Orthese, gefertigt mit dem WEAM-Verfahren
Demonstrator einer funktionsintegrierten Fußgelenk-Orthese, gefertigt mit dem WEAM-Verfahren

Publikationen zum Thema

  • Expansion of the Fused Filament Fabrication (FFF) Process Through Wire Embedding, Automated Cutting and Electrical Contacting
    March 2021 IEEE Access PP(99):1-1 DOI:10.1109/ACCESS.2021.3065873 LicenseCC BY 4.0
  • Fused Filament Fabrication of Actuating Objects
    July 2022 DOI:10.1002/mame.202200214 LicenseCC BY 4.0