Orthesen und Prothesen aus biobasierten Kunststoffen

In einem Forschungsprojekt befassten sich das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) und die Firmen Tecnaro und Dambeck mit Orthesen und Prothesen aus biobasierten Werkstoffen.

Sie entwickelten geeignete Biopolymer-Compounds, stellten daraus Funktionsmuster her und testeten diese. Eine biobasierte Knieprothese bestand erfolgreich den Dauerbelastungstest nach ISO 10328, außerdem erwies sich der 3D-Druck von Prothesen mit Biomaterialien als vielversprechend.

Tecnaro kam die Aufgabe zu, geeignete Biopolymere, Naturfasern und Additive zu selektieren und daraus neue Compounds zu entwickeln. Besonderen Wert legte der Biopolymerhersteller dabei auf eine gute Verarbeitbarkeit im Plattenextrusionsprozess, die eine spätere industrielle Herstellung ermöglicht.

Aus den ausgewählten Werkstoffen fertigten das Fraunhofer IPA und die Orthopädietechnik-Firma Dambeck verschiedene Orthesen und Prothesen, die sie diversen Tests unterzogen.

Besonders vielversprechend war die Herstellung einer sog. All Terrain-Knieprothese (AT-Knie) im Spritzgussverfahren, die bereits aus herkömmlichen Kunststoffen auf dem Markt ist.

Die Forscher stellten zwei biobasierte Varianten aus Compounds mit einem biobasierten Anteil von 72 bzw. 100 Prozent her und erprobten sie erfolgreich nach ISO 10328 im Dauertest mit 3 Mio. Belastungszyklen.

Ein wichtiger Meilenstein im Projekt war der 3D-Druck. Das IPA stellte mit diesem Verfahren eine Niagara-Fußprothese inclusive einer sogenannten Kosmetik (Nachbildung der Körperform) her. Den dafür erforderlichen weichen Biokunststoff hatten die Forscher ebenfalls im Projekt entwickelt.

Mechanische Tests mit dem 3D-Druckmodell konnten im Projektzeitraum nicht mehr durchgeführt werden, die Forscher halten dieses Herstellungsverfahren jedoch für besonders interessant.

Aus dem Projekt stehen nun viele neue, biobasierte Werkstoffe zur Verfügung, darunter transparente, wärmeformstabile, nahezu splitterfreie oder im 3D-Druck verarbeitbare. Auch besonders hochmodulige Werkstoffe für Anforderungen mit hoher Dimensionsstabilität und besonders weiche Werkstoffe, die sich auch für Kinderspielzeuge eignen, wurden entwickelt.

Alle Compounds haben ein gutes Schmelzverhalten, die Viskositäten lassen sich im Rahmen der für Polymerschmelzen typischen Werte einstellen, außerdem wurden sie auf Unbedenklichkeit im Kontakt zum menschlichen Körper geprüft.

Die entwickelten Materialien erfüllen damit alle Voraussetzungen für eine Serienproduktion von orthetischen und prothetischen Bauteilen oder anderen neuen Produkten. Die Projektpartner stellen Interessenten gerne Materialmuster zur Verfügung.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Die Abschlussberichte steht auf fnr.de unter den Förderkennzeichen 22022012, 22016014 und 22015914 zur Verfügung.

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Dr. Torsten Gabriel idw - Informationsdienst Wissenschaft

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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

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