Faserverstärkter Kunststoff (FVK) spielt aufgrund seiner exzellenten gewichtsspezifischen Eigenschaften sowie seiner hervorragenden Ermüdungsbeständigkeit eine große Rolle bei der Herstellung von maßgeschneiderten Strukturbauteilen in der Medizintechnik. Insbesondere für hochbelastete, extrakorporale Teile wie Prothesen und Orthesen ist FVK das Material der Wahl. Deutschland ist eines der aktivsten Länder in der Forschung und Entwicklung für Leichtbau in der Medizintechnik.  Da jedoch die meisten faserverstärkten Medizinprodukte immer noch in Handarbeit hergestellt werden, wird die Fertigung größtenteils in Niedriglohnländer ausgelagert oder die Produkte werden zu einem sehr hohen Preis angeboten und sind daher für einen Großteil der Patienten nicht verfügbar. Zudem macht die manuelle Fertigung die Rückverfolgung von Qualitätsparametern mühsam und schwer überwachbar, was die Kosten für diese Komponenten zusätzlich in die Höhe treibt. Weil viele Komponenten patientenspezifisch angepasst werden müssen, war eine Automatisierung der Produktion mit den derzeitigen konventionellen Fertigungstechnologien für FVK bisher nicht möglich.

Vor diesem Hintergrund wurde 2019 das von der Bundesregierung geförderte Verbundforschungsprojekt „Patch2Patient“ gestartet, um die technologischen Grundlagen für eine digitale Prozesskette zur Herstellung von Medizinprodukten aus FVK zu schaffen. Neben Cevotec als Projektkoordinator arbeiten insgesamt sechs Partner an diesem Projekt mit: Carbovation GmbH, Mecuris GmbH, Guenther Bionics GmbH, Otto Bock SE & Co. KGaA und das Fraunhofer IPA. Als Herzstück der angestrebten digitalen, flexiblen und automatisierten Wertschöpfungskette für medizinische Carbonfaserteile und -komponenten dient unsere Fiber Patch Placement (FPP) Technologie. Aufgrund der Fähigkeit, hochkomplex geformte Faserverbundteile herzustellen, ermöglicht FPP die Automatisierung des Produktionsprozesses.

Das Projekt umfasst eine grundlegende Untersuchung und Weiterentwicklung des FPP-Produktionsprozesses zur Herstellung von maßgeschneiderten Prothesen und Orthesen aus Verbundwerkstoffen. Darüber hinaus analysieren die Partner verschiedene Methoden und entwickeln einen prototypischen digitalen Arbeitsablauf zur Verarbeitung spezifischer Patientendaten für das anschließende individuelle Design des gewünschten Bauteils. Das übergeordnete Ziel von Patch2Patient ist es, den Ausgangspunkt für eine automatisierte digitale Prozesskette von der Erfassung der Patientendaten bis zum optimierten Design des Faserverbundbauteils zu schaffen.

Bei Cevotec analysieren wir mögliche Ansätze zur Einbindung von Patientendaten in unsere Laminatdesign-Software ARTIST STUDIO. Darüber hinaus entwickeln wir derzeit eine spezielle Zuführ- und Schneideeinheit als Schlüsselelement für einen FPP-Prozess, der für die effiziente und kosteneinsparende Herstellung von medizinischen Produkten aus FVK geeignet ist. Diese Zuführ- und Schneideeinheit wird in der Lage sein, verschiedene Fasermaterialien, wie Carbon- und Glasfasern, zu Patches unterschiedlicher Länge zu verarbeiten. Neben dem üblichen Carbon- und Glasfaser-Materialien wird die Zuführ- und Schneideeinheit auch besonders kostengünstiges Towpreg-Material sowie spezielles schlagzähes Fasermaterial verarbeiten können.

Wir halten Sie über die Ergebnisse dieses Projekts nach seiner Fertigstellung im Jahr 2023 auf dem Laufenden!

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ (Förderkennzeichen 02P18C090 bis 02P18C096) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.