Verbundprojekt: Ressourcenschonender Thermoformprozess zur Herstellung individueller Hilfsmittel in der Orthopädietechnik ReFormOT; in der Fördermaßnahme: KMU-Innovativ: Produktionsforschung im Programm "Zukunft der Wertschöpfung" des BMBF

Abstract

Die Herstellung individueller Skoliosekorsetts erfolgt heute überwiegend mittels Thermoformen von thermoplastischen Kunststoffen über patientenspezifische Positivmodelle aus PU-Hartschaum. Dieses Verfahren ist etabliert, jedoch mit hohem Materialverbrauch, eingeschränkter Wiederverwendbarkeit der Formkörper sowie einem erheblichen manuellen Aufwand verbunden. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und Validierung eines neuartigen, wiederverwendbaren Thermoform-Werkzeugs (TFW), das auf additiv gefertigten Formkernen und einer elastischen Silikonhaut basiert. Hierfür wurden digitale Prozessketten zur automatisierten Ableitung druckfähiger Formvorgaben aus bestehenden CAD-Daten entwickelt und mit Verfahren der großformatigen additiven Fertigung kombiniert. Ergänzend wurden Lösungen zur Herstellung strukturierter Silikonhäute sowie zur Integration des Werkzeugs in einen bestehenden Thermoform-Arbeitsplatz untersucht. Im Projektverlauf konnten die technische Machbarkeit eines additiv gefertigten, wiederverwendbaren Thermoform-Werkzeugs sowie dessen Integration in den Fertigungsprozess erfolgreich nachgewiesen werden. Hierzu wurden verschiedene Kernkonzepte, Entformstrategien und Prozessparameter experimentell untersucht und validiert. Darüber hinaus wurde ein parametrischer Workflow zur automatisierten Erzeugung segmentierter Formkerne entwickelt. Für die Herstellung der Silikonhäute entstand eine automatisierte 4-Achs-Anlage, die von einer Sprühlösung zu einem System für die strukturierte Verarbeitung hochviskoser Silikonmaterialien weiterentwickelt wurde. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial additiver Fertigungstechnologien zur Unterstützung hochindividueller Fertigungsprozesse im Bereich der Orthopädietechnik. Gleichzeitig wurden Erkenntnisse zur thermischen Belastbarkeit additiv gefertigter Werkzeuge, zur Verarbeitung elastomerer Materialien sowie zur Integration digitaler Prozessketten in bestehende Produktionsabläufe gewonnen. Das Vorhaben leistet damit einen Beitrag zur Weiterentwicklung ressourcenschonender und digital unterstützter Fertigungstechnologien für individualisierte Produkte und schafft Grundlagen für zukünftige Anwendungen in der Orthopädietechnik sowie verwandten Bereichen der Kleinserien- und Einzelfertigung.