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Herstellung erstklassiger Prothetik mit Verbundwerkstoffen

Geschrieben von Jessica Lulka

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Fillauer Composites verwendet Kohlefaser und Glasfaser zum Bau von Fußprothesen. Wenn es um die perfekte Herstellung von Kohlefaserteilen ging, ging Fillauer eine Partnerschaft mit 3D Hubs ein, um die Produktionskosten zu senken und den Ingenieuren mehr Zeit zu geben, sich auf die Perfektionierung der Designs zu konzentrieren.

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Die Medical-Device-Technologie ist ein Bereich, der im Zentrum der Innovation steht. Durch die ständige Verfügbarkeit neuer Materialien und Designs finden die Hersteller medizinischer Geräte immer Wege, um Produkte herzustellen, die langlebig und benutzerfreundlich sind und den Lebensstil des Endnutzers verbessern.

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Fillauer, das 1914 gegründet wurde, ist einer der Branchenführer in der Entwicklung, dem Design und der Technologie von prothetischen und orthopädischen Produkten. Ihre Tochtergesellschaft, Fillauer Composites, ist eine Organisation, die speziell Prothesenfüße auf Kohlefaserbasis entwickelt. Dies bedeutet, dass mit empfindlichen Materialien und kniffligen Herstellungsverfahren gearbeitet wird, um Produkte der Weltklasse herzustellen.

Aufschlüsselung
Organisation Fillauer Composites
Standort Salt Lake City, USA
Produkt Prothesenfüße
Branche Medizintechnik
Warum 3D Hubs? Kurze Vorlaufzeit, wettbewerbsfähige Preise, weniger Stress für die Fertigungsabteilung.
Technologie Autoklav-Aushärtung, Wasserstrahlschneiden, Spritzguss, FDM 3D-Druck
Materialien Kohlenstofffaser, ABS, Ninjaflex

Fillauer Composites arbeitet mit Amputierten, Praktikern und Orthopädietechnikern zusammen, um neue Produkte zu testen und Design-Feedback zu erhalten. "Es ist eine unglaublich subjektive Sache; man nimmt das nicht-technische Verständnis von jemandem, wie es funktioniert, und versucht, dies in umsetzbare Daten und Designfunktionen umzusetzen", sagt Phil Thompson, Design- und Fertigungsingenieur bei Fillauer Composites.  

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Um Feedback richtig zu nutzen und Komponenten herzustellen, müssen die Ingenieure bei Fillauer Composites in der Lage sein, schnell Prototypenteile zu erhalten und Komponenten aus Nicht-Kohlenstofffasern auf eine Weise herzustellen, die sowohl kosteneffizient ist als auch die Fertigungsabteilung des Unternehmens nicht belastet.

Material- und Fertigungsmagie

Fillauer Composites arbeitet mit einer kleinen Auswahl an Materialien. Die von ihnen hergestellten Prothesenfüße sind in erster Linie Kohlenstofffaser oder Glasfaser , mit Metall-Hardwarekomponenten, wie z.B. Aluminium oder Titan . Diese Materialien tragen dazu bei, das saubere, makellose und elegante Aussehen zu erzielen, das sich Amputierte von einer Prothese wünschen.

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Kohlenstofffaser bringt eine Menge Vorteile: Sie ist unglaublich stark, aber ziemlich leicht, hat hohe Wärme- und Drucktoleranzen und kann komplexe Designanforderungen für nicht-traditionelle Formen problemlos erfüllen.

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Auch mit all seinen Vorteilen lernen die Ingenieure noch immer, wie man mit dem Material arbeitet und es korrekt herstellt. Dies nimmt viel Zeit in Anspruch und ist der Hauptfertigungsschwerpunkt von Fillauer Composites, da für die korrekte Herstellung von Prothesenkomponenten eine Menge teurer Maschinen erforderlich ist.

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"Die Herstellung mit Kohlefaser ist eine unvollständig verstandene Kunst", erklärt Thompson. "Man hat das Gefühl, dass der Prozess wirklich gut definiert ist und genau verfolgt wird, und man verwendet während des Laminierens dasselbe Aushärtungsrezept, denselben Autoklaven, dieselben Werkzeuge und Materialien, und plötzlich weist eines von zehn fertigen Teilen einen optischen Fehler auf oder die Dickenmessung stimmt nicht ganz. Es kann sehr schwierig sein, der Ursache auf die Spur zu kommen. Oft ist es rein spekulativ".

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Formula Pediatric Custom High Bracket (Bild von Fillauer)

Um potenzielle Herstellungsfehler zu vermeiden, entwickeln die Ingenieure ausgiebig Prototypen von Teilen, um die prothetischen Baugruppen doppelt zu überprüfen. Für diese Prototypen verwendet Thompson laut Thompson elastomere Materialien, was zusätzliche Werkzeug- und Fertigungsabläufe erfordert, die sie nicht in angemessenem Umfang intern unterstützen können.

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Thompson sagt, dass die Fertigung zu fast 100 Prozent im eigenen Haus erfolgt - sie verfügen über alle Werkzeuge, um die Kohlefaser vorzubereiten und aufzulegen. Sie härten alles mit einem Autoklaven aus und verwenden einen Wasserstrahl, um das Material zu schneiden und zu schneiden. Diese Technologiekombination trägt zu einem höheren Durchsatz bei und macht den Gesamtprozess viel sauberer.

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"Es handelt sich um ein unglaublich spezifisches Verfahren, das Fertigungsmaschinen mit ziemlich hohen Vorlaufkosten erfordert, um Teile in einer bestimmten Qualität herzustellen, die brauchbar sind", sagt Thompson.

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Sie werden für einige Teile den 3D-Druck verwenden, weil es einfach so viel schneller geht, einen Prototyp zu erhalten, anstatt zu versuchen, mit internen Ressourcen zu arbeiten. Oder, in bestimmten Fällen, haben sie nicht die Möglichkeiten für einige kleine, plastische Widgets, die Testkomponenten sind. "Manchmal ist es für uns einfach nicht machbar, sie selbst herzustellen, nicht einmal auf einmaliger Basis, oder unseren Maschinenbetrieb zu binden", sagt Thompson.

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Eine transparente Fertigung durch 3D Hubs

Fillauer Composites verwendet3D Hubs, um einmalige und funktionelle Teile zu erhalten, besonders wenn ihre Ingenieure mit Teilen experimentieren, die aus elastomereren Materialien hergestellt sind. "Selbst wenn es sich nicht um funktionsfähige Prototypen handelt, brauchten wir etwas, um eine Vorstellung von der Geometrie zu bekommen und wie sie sich in die Fußbaugruppe einfügt", sagt Thompson. "Das hat wirklich gut funktioniert."

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"Für Teile auf Produktionsebene", fügt Thompson hinzu, "arbeiten wir mit 3D Hubs, um eine Klammer herzustellen, die den Prothesenträgern hilft, den Prothesenfuß am Schaft des Amputierten zu befestigen, der auf die verbleibende Extremität passt. Zur Herstellung dieser Klammer verwenden wir ABS für das Material und Spritzguss zur Herstellung des Teils".

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"Mit 3D Hubs als Servicepartner ist es einfacher, unsere Teile kostengünstig und maßstabsgerecht zu produzieren. Außerdem kann sich unsere Fertigungsabteilung dadurch auf die Perfektionierung der Produktion von Karbonfaserteilen spezialisieren, anstatt Zeit mit der Einrichtung von Prototypen oder der Herstellung kleiner, leicht wiederholbarer Komponenten zu verbringen"

Bei diesen kunststoffbasierten Teilen hat die Arbeit mit 3D Hubs unsere Fertigungsabteilung gerade sehr entlastet. Das Verfahren des 3D-Drucks eignet sich wirklich dazu, Teile viel schneller und einfacher herzustellen als ein CNC-Bearbeitungsprozess", sagt Thompson. "Wir haben 3D Hubs für Prototypen von Teilen verwendet, die wir unmöglich oder ein Alptraum wären, wenn wir sie intern bearbeitet hätten".

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Posterior Mount Kit (Bild von Fillauer)

Thompson merkt an, dass es eine Lernkurve mit einigen der Endbearbeitungen und der Endbearbeitungsqualität gegeben hat, aber 3D Hubs kommunizierte sehr schnell, wofür das Teil verwendet wird und welche Aspekte unbedingt einbezogen werden müssen. Durch diese Transparenz und die ständige Konversation während des gesamten Designprozesses wird jedes Geheimnis aus der Produktion gelüftet und unseren Ingenieuren gewährleistet, dass sie genau die Teile erhalten, die sie benötigen.

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Mit einer benutzerfreundlichen Online-Plattform kann Thompson einfach Design auf 3D Hubs hochladen und dort alle Produktionsaspekte nach Belieben einstellen, wodurch er viel Zeit spart und eine andere Aufgabe von seiner To-Do-Liste entfernen kann.  

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"Ich kann [3D Hubs] beschreiben, was das wichtigste Merkmal eines Drucks sein wird und was die Endanwendung ist, und sie können mir dann sagen, ob sie das für machbar halten oder nicht. So oder so können wir gemeinsam auf eine funktionierende Lösung hinarbeiten ... das hat mir bei der Arbeit mit 3D Hubs besonders gefallen", sagt Thompson.

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