Variantenreiche medizinische Produkte durch Kombination von subtraktiven und additiven Fertigungstechnologien (MeSATech)

Problemstellung
Der demographische Wandel und häufigere operative Eingriffe haben eine stige Steigerung des Bedarfs an medizintechnischen Produkten, wie z.B. von Knieimplantaten, zur Folge. Die individuellen anatomischen Eigenschaften, wie etwa Körpergröße und -gewicht, können dabei idealerweise durch patientennahe, individuell angepasste Produkte berücksichtigt werden. Auf diese Weise wird eine möglichst optimale Anpassung und Heilung erleichtert. Die Herstellung dieser patientennahen Produkte führt allerdings zu einer enormen Zunahme der Produktvarianten und erfordert den Einsatz innovativer Produktionstechnologien. Mit den bisher eingesetzten konventionellen Fertigungsprozessen, wie Guss- und Schmiedeverfahren, kann eine sinkende Stückzahl und entsprechend steigende Variantenvielfalt nicht wirtschaftlich hergestellt werden.

Projektziel
Das Ziel des Forschungsvorhabens MeSATech ist die Entwicklung einer wirtschaftlichen, effizienten und ressourcenschonenden Prozesskette zur Herstellung patientennaher Knieimplantate durch die Kombination konventioneller und additiver Herstellungsverfahren (AM-Fertigung). Es wird anhand eines Standard-Kniesystems die medizinisch sinnvolle Anpassung der Abmaße des Knieimplantats an unterschiedliche anatomische Voraussetzungen unter technologischen und wirtschaftlichen Aspekten untersucht und fertigungstechnisch umgesetzt.

Vorgehensweise
Die additive Fertigung wird dabei gezielt nur bei Produktbestandteilen eingesetzt, bei denen sich ein technischer oder wirtschaftlicher Vorteil ergibt. Dazu werden die konventionelle Fertigung, die additive Fertigung und die hybride Fertigung (Kombination aus beiden Verfahren) des Kniegelenks bewertend gegenübergestellt. Grundlage dabei sind ein Abgleich der Produktanforderungen mit der Leistungsfähigkeit der jeweiligen Fertigungstechnologie. Dieser Abgleich ermöglicht die Ableitung der notwendigen technischen Prozessschritte für die neu zu entwickelnden Fertigungsfolgen, wie beispielsweise Prozessparameterentwicklung oder Vorrichtungskonstruktion. Ebenso wird die Wirtschaftlichkeit der Prozessketten und der einzelnen Technologien durch die Erstellung von Kostenmodellen untersucht. Die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen werden abschließend zur Überprüfung der Übertragbarkeit auf weitere patientennahe Produkte innerhalb eines KI-basierten Planungs- und Bewertungstools implementiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Im Ergebnis entsteht ein hybrides Fertigungsverfahren zur Umsetzung und Bewertung der Prozessketten für die Herstellung patientennaher Kniegelenke. Gleichzeitig liegen Ergebnisse von Übertragbarkeitsuntersuchungen auf weitere individualisierte medizintechnische Produkte vor. Aus dem Einsatz derart innovativer Medizinprodukte resultieren die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit deutscher Medizintechnikhersteller, eine Verbesserung der individuellen Lebensqualität und eine Entlastung des deutschen Gesundheitssystems.

• Aesculap AG
• EOS GmbH Electro Optical Systems
• FIT Production GmbH
• Hexagon Manufacturing Intelligence GmbH
• Karlsruher Institut für Technologie (Universitätsaufgabe)
• LMT Fette Werkzeugtechnik GmbH & Co. KG
• USU Software AG