Entwicklung von Direkt-Compoundier-Prozessen für die Herstellung medizinischer Einmalprodukte (MeDiComP)

Problemstellung
Die besonderen Anforderungen an medizintechnische Einmalprodukte wie Sterilisierbarkeit, Biokompatibilität bedingen häufig den Einsatz individuell angepasster Materiallösungen. Diese werden bisher in verschiedenen Aufbereitungsverfahren (Compoundieren) durch Einmischen von Zusatzstoffen in Standardkunststoffen hergestellt. Anschließend erfolgt in Extrusions- oder Spritzgussprozessen die Weiterverarbeitung zu Produkten. Aufgrund der zum Teil geringen Materialmengen sowie des hohen Qualifizierungs- und Freigabeaufwandes, sind am Markt nicht ausreichend individualisierte Materiallösungen verfügbar. Potenziale zur Produktindividualisierung und Produktfunktionalisierung können somit häufig nicht ausgeschöpft werden.

Ziel
Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Schritt der Aufbereitung in die Extrusion und das Spritzgießen zu integrieren. An die speziellen Anforderungen angepasste Produkteigenschaften können somit in weniger Prozessschritten erreicht werden.

Vorgehensweise
Basierend auf den strengen Anforderungen an medizintechnische Prozesse wurde sowohl für das Spritzgießen als auch für die Extrusion eine geeignete Maschinentechnologie entwickelt. Diese wurde an Beispielprodukten aus der Medizintechnik erprobt. In iterativen Entwicklungszyklen wurden die Prozesse analysiert und optimiert. Durch Analyse der Materialeigenschaften der Demonstratorprodukte wurden die Potenziale und Grenzen der neuartigen Prozesse in Bezug auf Alternativtechnologien, wie der Nutzung von Standardprozessen mit spezialisierten Extrusionsschnecken, bewertet. Durch die konzeptionelle und technische Umsetzung einer neuartigen Methode der In-Line-Prozesskontrolle wurde schließlich der Weg hin zu einer Serienanwendung freigemacht.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die entwickelten Verfahren reduzieren die Kosten durch Einsparung von Prozessschritten und Senkung der Materialkosten. Sie bieten aber auch strategische Vorteile, indem die Abhängigkeit von Zulieferern reduziert und die Reaktionsschnelligkeit erhöht wird. Nicht zuletzt ermöglichen sie es, Produkte mit komplexen Eigenschaftsspektren besser auf die Bedürfnisse der Patienten und des klinischen Personals anzupassen. Die Ergebnisse wurden auf Messen und wissenschaftlichen Fachtagungen präsentiert und somit auch anderen Akteuren der Branche nahegebracht. Durch Diskussion der Thematik in branchenübergreifenden Foren wie Industriearbeitskreisen wurde der Transfer der Direktcompoundiertechnologie in andere Branchen und Anwendungsbereiche initiiert.
Der von B. Braun und der Zeppelin GmbH durchgeführte Direktextrusionsprozess zeigte gute Ergebnisse bei PVC und TPE. Weitere Entwicklungsschritte sind erforderlich, um eine erfolgreiche industrielle Anlage zu gestalten. Die Ausstoßleistung müsste deutlich erhöht werden, um ein wirtschaftliches Verfahren zu ermöglichen. Die Optimierungen von KraussMaffei während des Projekts am Direktspritzguss-Demonstrator flossen direkt in den Serienstand ein. Dadurch wurden die Anlagenkosten gesenkt und die Qualität des produzierten Direktcompounds verbessert. Die Versuche von HÜBNER Photonics und den Projektpartnern haben gezeigt, dass die Weiterentwicklung der THz-Technologie ein wertvolles Werkzeug für die Extrusion darstellt. Die Terahertz-Spektroskopie liefert neue Einblicke in die Prozesse und bietet viele Möglichkeiten in der Kunststoffproduktion. Bei der Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Werkstofftechnik und der Pape GmbH im Bereich des Direktspritzgusses wurden signifikante Verbesserung der Mischqualität durch optimierte Schneckengeometrien erzielt.

• B. Braun Melsungen Aktiengesellschaft
• Hübner GmbH & Co. KG
• KraussMaffei Technologies GmbH
• Pape GmbH
• Universität Kassel
• Zeppelin Systems GmbH