Laut Statistiken der Weltgesundheitsorganisation (WHO) benötigen weltweit zig Millionen Menschen Prothesen. Diese Zahl wird sich voraussichtlich bis 2050 verdoppeln. Je nach Land und Altersgruppe sind 70 % der Prothesenbedürftigen auf die unteren Extremitäten angewiesen. Hochwertige, faserverstärkte Kompositprothesen sind derzeit für die meisten Unterschenkelamputierten aufgrund der hohen Kosten ihres komplexen, handgefertigten Herstellungsverfahrens nicht verfügbar. Die meisten Fußprothesen aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFK) werden in Handarbeit durch das Übereinanderlegen mehrerer Lagen hergestellt.Prepregin eine Form, dann Aushärten in einem Heißpressbehälter, gefolgt vom Beschneiden und Fräsen, einem sehr aufwendigen manuellen Verfahren.
Mit dem technologischen Fortschritt wird erwartet, dass die Einführung automatisierter Fertigungsanlagen für Verbundwerkstoffe die Kosten deutlich senken wird. Die Faserwickeltechnologie, ein Schlüsselprozess in der Verbundwerkstoffherstellung, revolutioniert die Produktion von Hochleistungs-Verbundprothesen und macht diese effizienter und wirtschaftlicher.
Was ist Fiber Wrap Technology?
Das Faserwickeln ist ein Verfahren, bei dem Endlosfasern auf eine rotierende Düse oder einen Dorn gewickelt werden. Diese Fasern können seinPrepregsvorimprägniert mitHarzoder imprägniert vonHarzBeim Wickelvorgang werden die Fasern in spezifischen Bahnen und Winkeln gewickelt, um die vom Design geforderten Verformungs- und Festigkeitsbedingungen zu erfüllen. Abschließend wird die Wickelstruktur ausgehärtet, um ein leichtes und hochfestes Verbundbauteil zu formen.
Anwendung der Faserwickeltechnologie in der Prothesenherstellung
(1) Effiziente Produktion: Die Faserwickeltechnologie ermöglicht Automatisierung und präzise Steuerung, wodurch die Prothesenherstellung deutlich beschleunigt wird. Im Vergleich zur herkömmlichen manuellen Fertigung können mit dem Faserwickelverfahren in kurzer Zeit große Mengen hochwertiger Prothesenteile hergestellt werden.
(2) Kostenreduzierung: Die Faserwickeltechnologie kann die Herstellungskosten von Prothesen durch verbesserte Produktionseffizienz und Materialausnutzung deutlich senken. Berichten zufolge lassen sich die Prothesenkosten durch den Einsatz dieser Technologie um etwa 50 % reduzieren.
(3) Leistungssteigerung: Die Faserwickeltechnologie ermöglicht die präzise Steuerung von Ausrichtung und Richtung der Fasern und optimiert so die mechanischen Eigenschaften der Prothese. Prothesen aus kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen (CFK) sind nicht nur leicht, sondern zeichnen sich auch durch extrem hohe Festigkeit und Haltbarkeit aus.
(4) Nachhaltigkeit: Effiziente Produktionsprozesse und Materialnutzung machen die Faserwickeltechnologie umweltfreundlicher. Darüber hinaus tragen die Langlebigkeit und das geringe Gewicht von Kompositprothesen dazu bei, Ressourcenverschwendung und den Energieverbrauch des Anwenders zu reduzieren.
Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Faserwickeltechnologie ist ihr Einsatz in der Prothesenherstellung vielversprechend. Zukünftig können wir uns auf intelligentere Produktionssysteme, eine größere Materialvielfalt und individuellere Prothesendesigns freuen. Die Faserwickeltechnologie wird die Entwicklung der Prothesenindustrie weiterhin vorantreiben und Millionen von Menschen weltweit, die auf Prothesen angewiesen sind, zugutekommen.
Forschungsfortschritte im Ausland
Steptics, ein führender Hersteller von Prothesen, hat die Verfügbarkeit von Prothesen durch die Industrialisierung der Produktion von CFK-Prothesen deutlich verbessert und kann nun Hunderte von Teilen pro Tag fertigen. Das Unternehmen nutzt Faserwickeltechnologie, um nicht nur die Produktivität zu steigern, sondern auch die Herstellungskosten zu senken. Dadurch werden leistungsstarke Prothesen für mehr Menschen erschwinglich.
Der Herstellungsprozess der Kohlefaser-Verbundprothese von Steptics gestaltet sich wie folgt:
(1) Zunächst wird ein großes Formrohr mittels Faserwicklung hergestellt, wie unten dargestellt. Für die Fasern wird die Kohlenstofffaser T700 von Toray verwendet.
(2) Nach dem Aushärten und Formen des Rohres wird dieses in mehrere Segmente geschnitten (unten links), und jedes Segment wird dann nochmals halbiert (unten rechts), um ein Halbfertigteil zu erhalten.
(3) In der Nachbearbeitung werden die Halbfertigteile einzeln bearbeitet. Dabei kommt eine KI-gestützte Anpassungstechnologie zum Einsatz, um Eigenschaften wie Geometrie und Steifigkeit an den jeweiligen Amputierten anzupassen.
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Veröffentlichungsdatum: 24. Juni 2024