Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung funktionsangepasster biegeweicher und biegesteifer textiler Strukturen für kundenindividuelle neuartige orthopädische Hilfsmittel

Die sich aktuell ergebenden Möglichkeiten additiver Fertigungsverfahren werden von den KMU bisher kaum genutzt, obwohl sie von den Kostenvorteilen in der Kleinserienfertigung für individualisierte Produkte am meisten profitieren können. Für die Textil- und Konfektionsbranche ergibt sich die Chance innovative Multimaterialkonstruktionen durch die Kombination von Textilien und additiv gefertigten Elementen zu realisieren.

Die funktionsangepasste Herstellung und gemeinsame Verarbeitung biegeweicher und biegesteifer textiler Strukturen mittels additiver Fertigung ermöglicht die Erweiterung der Funktionsgrenzen von Bandagen und Orthesen in Form neuartiger orthopädischer Hilfsmittel. Dabei werden die Vorteile des Gestricks (hautsensorischer Komfort, Kompressionswirkung) mit einer additiv gefertigten leichten und zugleich stabilen Führung kombiniert. Die beanspruchungsgerechte Konstruktion erfolgt mittels thermoplastischer Materialien und zusätzlich zugeführten Hochleistungsfasern (Carbon, Glas, Aramid) als Endlosfaserverstärkung. So lassen sich strukturmechanische Eigenschaften im Herstellungsprozess gezielt beeinflussen. Die biegesteifen Elemente werden kundenindividuell auf Basis von 3D-Körperdaten additiv gefertigt sowie zeitgleich ohne klassische Fügeprozesse (Nähen, Kleben, Schweißen) nahtlos auf die textile Fläche appliziert.

Somit wird eine schnelle, kostengünstige und passgenaue Patienten- bzw. Sportlerversorgung ermöglicht. Durch die nutzer- und anwendungsspezifische Produktherstellung sind eine verbesserte medizinische Behandlung und eine erhöhte Kundenzufriedenheit zu erwarten. Die Entwicklungs- und Herstellungszeiten solcher Produkte lassen sich durch die zu erarbeitende CAE-Prozesskette, in die die additive Fertigung integriert wird, deutlich reduzieren.

Die Nutzung der erarbeiteten Handlungsanweisungen kann von den KMU bereits nach Projektende erfolgen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsprojekt wurden funktionsangepasste biegeweiche und biegesteife textile Strukturen für kundenindividuelle neuartige orthopädische Hilfsmittel entwickelt und verarbeitet. Multimaterialprodukte wurden durch das direkte Applizieren additiv gefertigter, faserverstärkter Funktionselemente auf flächige Textilien erfolgreich hergestellt. Dieses neuartige Fügeverfahren ermöglicht den Verzicht auf klassische textile Verfahren (Nähen, Kleben, Schweißen oder Nieten). Zu diesem Zweck wurden die erreichbaren Haftfestigkeiten sowie verschiedene Einflussparameter beim 3D-Druck auf Textil untersucht. Weiterhin wurde eine durchgängige CAE-gestützte Prozesskette ausgehend von kundenspezifischen 3D-Körperdaten entwickelt und angewendet. Es konnten ausreichende Haftfestigkeiten realisiert werden, um zwei neuartige orthopädische Hilfsmittel für den Sprung- und Kniegelenkbereich mittels additiver Fertigung direkt auf textilen Flächen umzusetzen. Die zusätzliche Verarbeitung von Hochleistungsfaserstoffen (Carbon, Glas) ermöglichte zudem die Steigerung strukturmechanischer Eigenschaften, wodurch werkstoffseitigen Nachteilen reiner Thermoplaste erfolgreich begegnet werden konnte und sich Leichtbaupotentiale realisieren ließen. Des Weiteren erlaubt die Anwendung der im Rahmen dieses Forschungsvorhabens erarbeiteten Prozesskette unter Beachtung der erlangten Erkenntnisse und Handlungsempfehlungen die kostengünstige Produktion von Multimaterialprodukten der Losgröße 1. Die neuartige Prozesskette ermöglicht die Verkürzung der benötigten Fertigungszeit für kundenindividuelle Produkte. Durch die reduzierte Anzahl der Herstellungsschritte entstehen Kostensenkungen, wodurch wirtschaftliche Effekte erzielt werden. Die vorgestellten Lösungen bieten alle Voraussetzungen für die Entwicklung einer automatisierten Prozesskette vom 3D-Scan über die 3D-CAD-Konstruktion und die kombinierte additive Fertigung bis hin zum fertigen Produkt.