Nachwachsende Rohstoffe in der additiven Fertigung - Nachhaltige globale Lösungsansätze in der Prothetik (NaRo-3D)

Abstract

Im Rahmen des erfolgreich abgeschlossenen Projekts wurden zwei zentrale Herausforderungen der orthopädischen Medizintechnik adressiert und zusammengeführt: die Verbesserung der orthopädischen Versorgung in unterversorgten Regionen – im ländlichen Raum Deutschlands mit zunehmendem Fachkräftemangel sowie in Entwicklungsländern – und der Ersatz erdölbasierter Kunststoffe durch biobasierte Materialien. Personalisierte Prothesen dienten als Anwendungsbeispiel, da diese aufgrund ihrer begrenzten Nutzungsdauer und fehlenden Weiterverwendbarkeit ein nachhaltiges Materialkonzept besonders dringend erfordern. Im Projekt wurden nachwachsende Rohstoffe für die additive Fertigung nutzbar gemacht, um den fossilen Ressourcenverbrauch zu reduzieren und eine unproblematische thermische Entsorgung am Produktlebensende zu ermöglichen. Die Tecnaro GmbH entwickelte geeignete Biopolymercompounds und überführte diese in Filamente für das FDM-Verfahren. Das Fraunhofer IPA erarbeitete einen validierten, simulationsgestützten Bemessungs- und Anpassungsprozess für personalisierte Prothesenschäfte auf Basis patientenspezifischer Messdaten, der mittels Bildverarbeitung und Finite-Elemente-Analyse hohen Tragekomfort sowie die notwendige mechanische Stabilität sicherstellt. Dieser digitale Prozess wurde weitgehend standardisiert und automatisiert. Darauf aufbauend erprobte und etablierte die DOI GmbH eine für den ländlichen Raum praktikable digitale Prozesskette mit einem geeigneten additiven Fertigungsverfahren, mit dem mechanisch stabile Prothesen aus den entwickelten Biokunststoffen hergestellt werden können. Die Prozesskette wurde so ausgelegt, dass sie auch unter den Rahmenbedingungen von Entwicklungsländern anwendbar ist und perspektivisch auf die Konsumgüterherstellung übertragen werden kann.