Laut Statistiken der Weltgesundheitsorganisation benötigen weltweit zig Millionen Menschen Prothesen. Bis 2050 wird sich diese Zahl voraussichtlich verdoppeln. Je nach Land und Altersgruppe betreffen 70 % der Prothesenbedürftigen die unteren Gliedmaßen. Hochwertige Prothesen aus faserverstärktem Verbundwerkstoff sind derzeit für die meisten Amputierten der unteren Gliedmaßen aufgrund der hohen Kosten ihres komplexen, handgefertigten Herstellungsprozesses nicht verfügbar. Die meisten Fußprothesen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) werden von Hand hergestellt, indem mehrere SchichtenPrepregin eine Form, dann Aushärten in einem Heißpresstank, gefolgt vom Trimmen und Fräsen, einem sehr teuren manuellen Verfahren.
Mit dem technologischen Fortschritt dürfte die Einführung automatisierter Fertigungsanlagen für Verbundwerkstoffe die Kosten deutlich senken. Die Faserwickeltechnologie, ein zentrales Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, verändert die Herstellung von Hochleistungs-Verbundprothesen und macht sie effizienter und wirtschaftlicher.
Was ist Fiber Wrap-Technologie?
Beim Faserwickeln werden Endlosfasern auf eine rotierende Düse oder einen Dorn gewickelt. Diese Fasern könnenPrepregsvorimprägniert mitHarzoder imprägniert durchHarzWährend des Wickelprozesses. Die Fasern werden in bestimmten Bahnen und Winkeln gewickelt, um die vom Design geforderten Verformungs- und Festigkeitsbedingungen zu erfüllen. Abschließend wird die gewickelte Struktur ausgehärtet, um ein leichtes und hochfestes Verbundteil zu bilden.
Anwendung der Fiber Wrap-Technologie in der Prothesenherstellung
(1) Effiziente Produktion: Die Faserwickeltechnologie ermöglicht Automatisierung und präzise Steuerung, wodurch die Produktion von Prothesen deutlich beschleunigt wird. Im Vergleich zur traditionellen manuellen Produktion kann durch die Faserwickeltechnologie in kurzer Zeit eine große Anzahl hochwertiger Prothesenteile hergestellt werden.
(2) Kostensenkung: Die Faserwickeltechnologie kann die Herstellungskosten von Prothesen durch verbesserte Produktionseffizienz und Materialausnutzung deutlich senken. Berichten zufolge können durch den Einsatz dieser Technologie die Kosten für Prothesen um etwa 50 % gesenkt werden.
(3) Leistungssteigerung: Durch die Faserwickeltechnologie können Ausrichtung und Richtung der Fasern präzise gesteuert und so die mechanischen Eigenschaften der Prothese optimiert werden. Prothesen aus kohlenstofffaserverstärktem Verbundwerkstoff (CFK) sind nicht nur leicht, sondern auch extrem robust und langlebig.
(4) Nachhaltigkeit: Effiziente Produktionsprozesse und Materialnutzung machen die Faserwickeltechnologie umweltfreundlicher. Darüber hinaus tragen die Langlebigkeit und das geringe Gewicht von Verbundprothesen dazu bei, Ressourcenverschwendung und Energieverbrauch des Anwenders zu reduzieren.
Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Faserwickeltechnologie wird ihre Anwendung in der Prothesenherstellung vielversprechender. Zukünftig erwarten uns intelligentere Produktionssysteme, eine vielfältigere Materialauswahl und individuellere Prothesendesigns. Die Faserwickeltechnologie wird die Entwicklung der Prothesenindustrie weiter vorantreiben und Millionen von Menschen weltweit, die Prothesen benötigen, Vorteile bringen.
Forschungsfortschritte im Ausland
Steptics, ein führendes Unternehmen im Bereich der Prothesenherstellung, hat die Verfügbarkeit von Prothesen durch die Industrialisierung der CFK-Prothesenproduktion deutlich erhöht und kann nun Hunderte von Teilen pro Tag produzieren. Das Unternehmen nutzt die Faserwickeltechnologie, um nicht nur die Produktivität zu steigern, sondern auch die Herstellungskosten zu senken und so leistungsstarke Prothesen für mehr Menschen erschwinglich zu machen.
Der Herstellungsprozess der Carbonfaser-Verbundprothese von Steptics läuft wie folgt ab:
(1) Zunächst wird durch Faserwicklung ein großes Formrohr hergestellt, wie unten gezeigt, wobei für die Fasern die T700-Kohlefaser von Toray verwendet wird.
(2) Nachdem das Rohr ausgehärtet und geformt ist, wird es in mehrere Segmente geschnitten (unten links) und dann wird jedes Segment noch einmal halbiert (unten rechts), um ein Halbfertigteil zu erhalten.
(3) In der Nachbearbeitung werden die Halbfertigteile einzeln bearbeitet und dabei KI-gestützte Anpassungstechnologien eingesetzt, um Eigenschaften wie Geometrie und Steifigkeit an den einzelnen Amputierten anzupassen.
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Veröffentlichungszeit: 24. Juni 2024