Verbundprojekt "Ressourcenschonender Thermoformprozess zur Herstellung individueller Hilfsmittel in der Orthopädietechnik" (ReFormOT)

Abstract

Aufgabenstellung: Die Orthopädietechnik arbeitet oft noch mit analogen Prozessen, was Qualität, Effizienz und Dokumentation begrenzt. Besonders bei Skoliosekorsetts verursacht die übliche Fertigung über CNC-gefräste PU-Schaum-Modelle hohe Kosten, viel nicht recycelbaren Abfall und gesundheitlich belastenden Staub. Additive Alternativen sind bislang technisch oder wirtschaftlich nicht geeignet. Das Projekt ReFormOT entwickelte daher einen vollständig digitalen, ressourcenschonenden Prozess mit zwei Komponenten: einem wiederverwendbaren, additiv hergestellten Thermoformwerkzeug und einem neuen Thermoformarbeitsplatz mit kontrollierter Prozessführung. Ziel sind höhere Qualität, weniger Ausschuss, geringere Umweltauswirkungen und niedrigere Herstellungskosten.

Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Beginn des Vorhabens: Individuell gefertigte Orthesen - besonders für die Skolioseversorgung - erfordern eine präzise Anpassung an die Patientengeometrie. Traditionell wird dafür ein aufwendiges Gipsverfahren genutzt: Abdruck, Ausguss, Segmentierung und manuelle Korrektur. Dieser Prozess ist belastend, schlecht dokumentierbar, stark erfahrungsabhängig und erzeugt viel Gipsabfall. Digitale Abläufe mit 3D-Scan, CAD-Modellierung und CNC-gefrästen PU-Schaumformen haben sich zunehmend etabliert, verbessern Qualität und Reproduzierbarkeit, sind jedoch teuer, materialintensiv und verursachen nicht recycelbaren PU-Abfall. Zudem bleibt die Formgestaltung trotz Softwareeinsatz weitgehend manuell. Additive Fertigungsverfahren wie SLS oder MJF bieten zwar Potenzial, sind für großvolumige Skoliosekorsetts jedoch aufgrund begrenzter Bauräume, hoher Kosten und mangelnder thermischer Nachverformbarkeit ungeeignet. FLM hingegen ist günstig und recyclingfähig, erreicht jedoch nicht die mechanische Stabilität und Oberflächenqualität, die für Korsetts erforderlich wäre.

Wesentliche Ergebnisse im Überblick: Das Projekt erzielte einen vollständigen Machbarkeitsnachweis für einen neuartigen Thermoformarbeitsplatz (TFA), der eine reproduzierbare, ergonomische und materialeffiziente Fertigung individueller Skoliosekorsetts ermöglicht. Zentrale Ergebnisse umfassen die systematische Prozessanalyse und Ableitung klarer Anforderungen (AP C1), die Entwicklung eines modularen TFA-Konzepts sowie die Umsetzung und Erprobung eines funktionsfähigen Labormusters (AP C2). Dabei wurden wesentliche Teilsysteme - beheizter Transfertisch, drehbares Thermoformwerkzeug, Arduino-gestützte Steuerung, Sensormodule - konstruktiv umgesetzt und erfolgreich im Labormaßstab getestet. Ein besonderer technischer Fortschritt ist das validierte Seilfixierungskonzept, das eine sichere, schnelle und reproduzierbare Abdichtung ermöglicht und das ursprünglich geplante Niederhalter-Konzept ersetzt. Damit konnte der Formprozess erstmals zuverlässig durch eine Person durchgeführt werden. Die Integration des TFA mit dem neu entwickelten Thermoformwerkzeug (AP C3) bestätigte die Prozessstabilität unter praxisnahen Bedingungen; die Zielgrößen wie vollständiger Formschluss, reduzierte Wärmeverluste, geringerer Ausschuss und rund 50 % Materialeinsparung wurden erreicht. Die Zusammenarbeit mit dem Projektpartner MindWerk erwies sich als wesentlich für die frühe Integration beider Systeme und die Validierung an realen Formmodellen. Insgesamt zeigt das Vorhaben die technische und wirtschaftliche Realisierbarkeit eines innovativen, nachhaltigeren Thermoformprozesses für die Orthopädietechnik.