Evaluation additiver Fertigungsstrategien zum Umdrucken von hochkompakten und beweglichen Strukturen (AddEndo)

Problemstellung
Die Übertragung von hoch ansteckenden Infektionskrankheiten, wie beispielsweise Lungenkrankheiten oder Tuberkulose, stellt in Krankenhäusern eine akute Herausforderung für Patient und Personal dar. Besonders kritisch sind hierbei invasive Instrumentarien, die stationär aber auch intraoperativ eingesetzt werden. Um das Infektionsrisiko zu minimieren, müssen diese entweder sehr leicht zu desinfizieren sein oder nach einmaliger Nutzung entsorgt werden (Single-Use). Flexible Endoskope, z. B. zur Intubation kritischer Sars-CoV-2 Patienten, sind aufgrund des komplexen Aufbaus und umfassender Funktionsanforderungen nur sehr kosten- und zeitintensiv keimfrei aufzubereiten. Zusätzlich führen der komplexe Aufbau und aufwändige Fertigungs- und Montageverfahren zu hohen Herstellkosten.

Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts AddEndo ist es, neuartige Produktionsverfahren unter Nutzung additiver Fertigungsprozesse für die Medizintechnik zu erproben. Dies ermöglicht die kostengünstige Fertigung von komplexen und beweglichen Baugruppen für diese Branche. Das Verfahren soll dabei dem natürlichen, bionischen Wachstumsprozess vom Skelett eines Schuppenkriechtiers (Schlangenart) nachempfunden werden, die von „Innen nach Außen“ wachsen und aufgebaut sind. Exemplarisch soll dies im Rahmen des Vorhabens anhand einer komplexen und gleichzeitig kostenintensiven Baugruppe, einer flexiblen Endoskopspitze, demonstriert werden.

Vorgehensweise
Dazu wird zunächst das bionisch inspirierte Designkonzept des Demonstratorbauteils entwickelt. Anschließend sollen drei unterschiedliche Fertigungsprinzipien unter Nutzung additiver Fertigung zum dreidimensionalen Umdrucken, bzw. Umgießen der filigranen Strukturen erprobt werden. Die Herausforderung besteht in den notwendigen Detailauflösungen, um die Beweglichkeit der Strukturen sicherzustellen, ohne innenliegenden Funktionselemente, wie Bildsensoren und LEDs zu beschädigen und diese zu schützen. Auf Basis der Ergebnisse sollen die unterschiedlichen Fertigungsansätze hinsichtlich ihres technischen und wirtschaftlichen Potenzials bewertet und ein finales Konzept ausgewählt werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Mit dem angestrebten Vorhaben wird ein völlig neuartiges Fertigungs- und Montageprinzip von flexiblen Endoskopen entwickelt, welches die Herstellkosten für Medizinprodukte signifikant reduzieren wird. Zusätzlich sollen die neuartigen, funktionsintegrierten Fertigungsmethoden auch auf weitere Branchen und Anwendungen übertragen werden, z. B. additiv gefertigte bionische Strukturen mit integrierten Sensoren im Bereich der Robotik, wie Kameras, Taster oder Sensoren.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• SCHÖLLY FIBEROPTIC GMBH