Forschung im Advent: 24.12. - Weihnachten

24.12.2019, 10:00

Entwicklung eines 3D-Hochgeschwindigkeits-Rotationsdruckverfahren 3D-HRD

Ziel des Forschungsprojekts ist es, basierend auf dem FFF-Druckverfahren, einen 3D-Hochgeschwindigkeitsrotationsdrucker zu entwickeln.

Pro-O-Light ist der Name des Forschungsnetzwerks in dem die Fakultät Ingenieurwissenschaften der Hochschule Mittweida als Netzwerkpartner mit dem Forschungsprojekt 3D-HRD vertreten ist. Neben dem aktuellen Projekt werden sehr kreative und zukunftsweisende Forschungsprojekte aus dem Bereich der Medizin bzw. Medizintechnik bearbeitet.

Die Idee hinter dem Projekt resultiert aus dem aufwendigen Herstellungsprozess orthopädischer Hilfsmittel, wie zum Beispiel Orthesen, Prothesenschäfte oder orthopädische Helme. Diese sehr individuellen Hilfsmittel lassen sich effizient mit additiven Verfahren fertigen. Dies spart Zeit und vereinfacht den gesamten Erzeugungsprozess. Schafft Platz im Lager der Orthopädietechniker und hilft die sonst aufwendige staubige Handarbeit einzusparen. Gestartet wurde mit der Herstellung orthopädischer Helmschalen.

Bisher werden für die individuelle Herstellung der orthopädischen Hilfsmittel Gipsabdrücke der Patienten angefertigt, woraus wiederum ein Gipsmodell erzeugt wird. Dieses Modell dient dann als Basis für das Laminieren der Helme, die später noch mit Epoxidharz ausgegossen werden. Bevor man jedoch diese Schritte durchführen kann, müssen der Gips und auch das Epoxidharz Aushärten. Erst danach lassen sich die Helmschalen ausschneiden und nachbearbeiten. Der gesamte Prozess nimmt aktuell circa 2 Arbeitstage in Anspruch.

Zukünftig soll der Patient innerhalb eines Arbeitstages ein perfekt sitzendes Hilfsmittel erhalten. Anstelle der Gipsabdrücke wird die Modellerzeugung durch einen 3D-Scann ersetzt. Auf das damit generierte CAD-Modell lässt sich am Computer die Helmschale modellieren, wobei hier der Orthopädietechniker mit seinem Know-How gefragt ist. Um eine optimale Passform und geeignete Stützfunktionen des Hilfsmittels zu gewährleisten, legt der Orthopädietechniker die Stellen fest die be- und entlastet werden müssen. Das fertige CAD-Modell des Hilfsmittels wird in die Software des 3D-Druckers übertragen und für den „Druck“ vorbereitet und anschließend zum Drucker gesendet.

Der 3D-Druck bietet sich optimal für Anwendungen aus der Orthopädietechnik an, da jede Prothese ein Unikat darstellt. Mit den bisherigen Verfahren lässt sich die Fertigung eines Helmes nicht innerhalb eines Tages realisieren. Es benötig einen „Hochgeschwindigkeitsdrucker“. Der im Forschungsprojekt von mehreren Partnern entwickelte neuartige 3D-Drucker erzeugt das Objekt parallel mit bis zu vier Düsen auf einer rotierenden Bauplattform. Die Extruder lassen sich einzeln ansteuern und innerhalb einer Plattform bewegen. Dadurch kann mehr und auch unterschiedliches Material parallel aufgebracht werden, was eine erhebliche Verkürzung der Druckzeit zur Folge hat. Derzeitig gibt es noch keinen Drucker, der über ein derartiges Konzept verfügt.

Durch diesen Aufbau eignet sich der Drucker besonders für zylindrische/ rotationssymmetrische Objekte, wie eben die beschriebenen orthopädischen Hilfsmittel. Der im Beispielvideo gedruckte Weihnachtsbaum benötigt bisher circa 28h, mit dem geplanten Druckverfahren könnte der Baum dreimal so schnell gedruckt werden.

Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

 

Text: Prof. Jörg Matthes, Claudius Petzold
Foto: SGMD GmbH

Rätselfrage:
Welche Software wird zur Modellierung des Weihnachtsbaumes verwendet?

Der erste Buchstabe des Lösungswortes steht an sechster Stelle im Gesamtlösungswort.
Der vierte Buchstabe des Lösungswortes steht an siebenter Stelle im Gesamtlösungswort.

Weitere Hinweise zum Adventskalenderrätsel finden Sie hier.

 

Das war der sechste und letzte Beitrag unserer Reihe "Forschung im Advent".
Das vollständige Lösungswort senden Sie bitte bis zum 6. Januar 2020 um 10:00 Uhr per Email an fokusforschung [at] hs-mittweida.de. Die Gewinner werden am 8. Januar 2020 benachrichtigt.