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2022 | Buch

CAE-Prozesskette für individuelle orthopädische Hilfsmittel

Kombination von faserverstärkter additiver Fertigung und textilen Materialien

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Über dieses Buch

Die im Rahmen der Dissertation erarbeitete CAE-gestützte Prozesskette vom kundenspezifischen 3D-Scan bis zum konfektionierten Produkt ermöglicht die Kombination von anwendungsgerecht additiv gefertigten Faserkunststoffelementen direkt auf flächigen Textilmaterialien. Dadurch lassen sich individuelle orthopädische Hilfsmittel fertigen, was anhand einer exemplarischen Entwicklung für das Kniegelenk aufgezeigt wird. Das neuartige orthopädische Hilfsmittel verbindet eine textile Kompressionsbandage mit biegesteifen Orthesenelementen. Die anforderungsgerechte Auslegung und Evaluation erfolgte simulationsgestützt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Im Rahmen des einleitenden ersten Kapitels wird die Ausgangssituation dargestellt, um die anwendungsbezogene Problemstellung und somit die Motivation zur Bearbeitung der Thematik abzuleiten. Weiterhin wird die wissenschaftliche Zielsetzung der Arbeit erläutert. Anhand derer wird abschließend der grundsätzliche Aufbau bzw. die Gliederung der Arbeit beschrieben.
Dustin Ahrendt
Kapitel 2. Stand der Technik
Zusammenfassung
In Kapitel 2 wird der Stand der Technik beschrieben und zusammengefasst. Neben einer Einführung in die additive Fertigung und der Beschreibung ausgewählter Verfahren wird besonders auf die additive Fertigung von Faserkunststoffverbunden (FKV) sowie die Anwendung innerhalb der Textil- und Konfektionstechnik, d. h. entlang der textilen Wertschöpfungskette, eingegangen. Abschließend werden unterschiedliche Arten orthopädischer Hilfsmittel übersichtlich dargestellt, aktuelle Anwendungen der additiven Fertigung im orthopädischen Kontext betrachtet, um letztlich ein entsprechendes Entwicklungspotenzial, welches im Rahmen dieser Arbeit genutzt werden soll, abzuleiten.
Dustin Ahrendt
Kapitel 3. Kombinatorische Fertigung
Zusammenfassung
Ziel dieses Kapitels ist die Betrachtung entscheidender Aspekte für die kombinierte Fertigung biegesteifer und biegeweicher textiler Elemente. Zu diesem Zweck werden zunächst die Grundlagen der Haftung dargestellt. Anschließend erfolgen die Materialauswahl und prüftechnische Charakterisierung sowohl der Textilien als auch der thermoplastischen Polymere. Weiterhin wird die im Rahmen der vorliegenden Arbeit verwendete Maschinentechnik, insbesondere die 3D-Drucker, beschrieben, um nachfolgend die Einflussparameter auf die resultierenden Haftungseigenschaften beim Fused Deposition Modeling (FDM) direkt auf textile Flächen umfassend und prüftechnisch zu untersuchen, zu analysieren und auszuwerten. Weiterhin werden konfektionstechnische Möglichkeiten der additiven Fertigung in Form eines morphologischen Kastens vorgestellt.
Dustin Ahrendt
Kapitel 4. Entwicklung eines orthopädischen Hilfsmittels für das Kniegelenk
Zusammenfassung
Kapitel 4 stellt die Entwicklung der CAE-gestützten Prozesskette anhand der Entwicklung eines kundenindividuellen, neuartigen orthopädischen Hilfsmittels für das Kniegelenk dar. Ausgehend von den medizinischen Grundlagen des Kniegelenks sowie des Risses (bzw. der Ruptur) des vorderen Kreuzbandes (VKB), auch Ligamentum cruciatum anterius (LCA) genannt, als medizinische Indikation startet die Prozesskette mit der Erfassung der individuellen 3D-Körperform mittels 3D-Scan-Technik. Nach erfolgter Flächenrückführung werden die Gestaltungsgrundlagen, die als Basis der Produktentwicklung dienen, für die biegeweichen (textilen) und biegesteifen Elemente beschrieben und während der anwendungsgerechten Konstruktion der textilen Kompressionsbandage sowie der biegesteifen FKV-Funktionselemente angewendet. Die Auslegung erfolgt dabei simulationsgestützt, indem ein realer Prüfstand für Knieorthesen digital abgebildet und zur Designevaluation genutzt wird. Kapitel 4 schließt mit der kombinierten additiven Fertigung des neuartigen kundenindividuellen orthopädischen Hilfsmittels für das Kniegelenk.
Dustin Ahrendt
Kapitel 5. Wirtschaftlichkeit und Überführung in die industrielle Praxis
Zusammenfassung
Der erarbeitete und in Kapitel 4 dargestellte CAE-gestützte Prozess zur Fertigung des neuartigen orthopädischen Hilfsmittels wird im vorliegenden Kapitel 5 hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit (Materialkosten und Fertigungszeit) sowie der Überführung in die industrielle Praxis bewertet. Dabei werden mögliche Hindernisse identifiziert. Des Weiteren bietet Kapitel 5 einen Vergleich der erarbeiteten CAE-Prozesskette mit dem klassischen Fertigungsprozess für Orthesen hinsichtlich der Kriterien: Prozess-Know-How, Reproduzierbarkeit, Automatisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit.
Dustin Ahrendt
Kapitel 6. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Das abschließende Kapitel 6 fasst die vorliegende Arbeit und erzielten Ergebnisse zusammen. Im Rahmen der Arbeit werden funktionsangepasste biegeweiche und biegesteife textile Strukturen für kundenindividuelle neuartige orthopädische Hilfsmittel entwickelt und verarbeitet. Durch das direkte Applizieren additiv gefertigter, endlosfaserverstärkter Funktionselemente auf flächige Textilien werden kundenindividuelle Multimaterialprodukte hergestellt. Zudem findet sich in diesem Kapitel eine Visualisierung des gesamten CAE-gestützten Prozesses. Der Ausblick zeigt Perspektiven für weiterführende Forschungsarbeiten und mögliche Innovationspotenziale auf.
Dustin Ahrendt
Backmatter
Metadaten
Titel
CAE-Prozesskette für individuelle orthopädische Hilfsmittel
verfasst von
Dustin Ahrendt
Copyright-Jahr
2022
Electronic ISBN
978-3-658-37245-3
Print ISBN
978-3-658-37244-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-37245-3

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