Kunststoff-Fertigung
Minimalinvasives Plastik
Faserverbundwerkstoffe, die sich durch gezielte Wärmeeinwirkung verformen und damit individuell anpassen lassen, bergen ein enormes Potenzial für die Medizintechnik. Durch den Einsatz von thermoplastischem Kunststoff, der die verstärkenden Fasern der Bauteile zusammenhält, lassen sich beispielsweise anpassungsfähige Mikroimplantate für die Neurochirurgie, aber auch komplexe Bauteile wie Prothesen herstellen.
Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe sind bereits in vielen Anwendungen der Luft- und Raumfahrt, aber auch in der Automobilindustrie oder bei der Gewinnung regenerativer Energien Stand der Technik. Im Vergleich zu Metall oder Keramik sind sie bis zu 70 Prozent leichter – aber gleichzeitig mechanisch hochbelastbar und beständig gegenüber chemischen Einflüssen. Die Forscher des Fraunhofer IPT arbeiten daran, faserverstärkte Kunststoffe in verschiedenen Anwendungsfeldern der Medizintechnik einzubringen.
So lassen sich bereits heute Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie mit dem Mikro-Pullwinding-Verfahren, das am Fraunhofer IPT entwickelt wurde, serienmäßig aus Faserverbundkunststoffen herstellen. Das Institut fertigt auf diese Weise dreilagige Mikroprofile mit Durchmessern deutlich unter 1 mm, die in Führungsdrähten, Kanülen und Kathetern zum Einsatz kommen können. Das gewünschte Biege- und Torsionsverhalten der Instrumente lässt sich dabei je nach gewünschtem Einsatzgebiet anhand gezielt ausgerichteter Verstärkungsfasern kontinuierlich variabel einstellen, ohne die Serienproduktion zu unterbrechen. Ein weiterer Pluspunkt dieser Instrumente ist ihre Tauglichkeit für die Anwendung im Magnetresonanztomografen (MRT): Im Unterschied zu metallischen Komponenten treten bei der Bildgebung keine störenden Artefakte auf.
Für die Herstellung individuell anpassungsfähiger Medizinprodukte wie Prothesen, Implantate oder auch Rollstühle entwickeln die Aachener Forscher außerdem Verfahren und Produktionssysteme zur Verarbeitung thermoplastischer Faserverbundkunststoffe. Komponenten, die auf diese Weise gefertigt werden, lassen sich - anders als solche aus duroplastischen Materialien - nach dem ersten Aushärten erneut wieder verformen und so an individuelle Bedürfnisse anpassen. Viele der thermoplastischen Matrixmaterialien sind bereits für den Einsatz in der Medizintechnik zugelassen und müssen deshalb keine langwierigen Zulassungsverfahren mehr durchlaufen.
Auch Schweißprozesse, beispielsweise unter Einsatz von Laserstrahlung, untersucht das Fraunhofer IPT, um komplex aufgebaute, mehrteilige Komponenten ganz ohne schädliche Klebstoffe sicher miteinander zu verbinden. Ziel ist es hier, bereits etablierte Prozesse für das Schweißen von Kunststoffen auch auf Medizinprodukte anzuwenden. Das am Fraunhofer IPT entwickelte laserunterstützte Tape-Lege- und Wickelverfahren dient dazu, ressourcen- und energieeffizient lasttragende Strukturen aus faserverstärkten Leichtbaumaterialien herzustellen. Der Schwerpunkt liegt vor allem auf der Entwicklung neuer, serientauglicher Fertigungsverfahren für individualisierbare Produkte sowie der Auslegung und Konstruktion von Faserverbundbauteilen für die Medizintechnik.
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