Gewichtsoptimierung von Kniegelenk- Prothesen mittels Rapid-Prototyping

FH Südwestfalen präsentiert Gewichtsoptimierung einer Kniegelenk- Prothese mittels Rapid-Prototyping auf Hannovermesse 2003

Für Menschen mit Kniegelenk-Prothesen ist der Tragekomfort enorm wichtig. Grund genug, im Rahmen eines Kooperationsprojektes zwischen dem Industrieunternehmen Heggemann aerospace AG in Büren und der Fachhochschule Südwestfalen nach Verbesserungspotentialen zu suchen. Im Rahmen mehrerer Diplomarbeiten wurde unter der Leitung von Prof. Dr. Wolfram Stolp eine Gewichtsoptimierung des Kniegelenks erreicht. Ziel war es, die Gewichtsoptimierung in einen optimalen Produktionsprozess von der Konstruktion bis zum Prototypenbau mittels FDM-Technologie (Fluid Deposition Modelling) zu integrieren.

Der Hauptvorteil des optimierten Kniegelenks besteht in der Gelenkkette und den sich hieraus ergebenden Eigenschaften. Durch das Annähern an den Aufbau des menschlichen Knies mit seinen Kreuzbändern ergibt sich ein sehr harmonisches Bewegungsbild. Ein weiterer Vorteil ist die Verkürzung der Gelenkkette während des Einbeugens. Kleinere Hindernisse am Boden oder Schrägen stellen somit für den Patienten kein Problem mehr dar. Bei monozentrischen Gelenken muss der Patient durch Anheben der Hüfte genug Bodenfreiraum schaffen. Durch die Anordnung der Gelenkkette ergibt sich im Bereich bis ca. 8° Beugewinkel eine Standphasenunterstützung. Das Gelenk geht bei Belastung wieder in die Streckstellung zurück. Trotzdem geschieht das Einbeugen direkt. Zusätzlich hat das Gelenk eine mechanische Bremse. Diese stellt ein sicheres Auftreten auch bei eingebeugtem Gelenk sicher. Die Anbindung oben und unten ist modular auf handelsübliche orthopädische Anschlüsse ausgelegt. Um das harmonische Gangbild weiter zu unterstützen, ist im Gelenk eine doppelwirkende Ölbremse integriert. Diese steuert die Schwungphase. Der Energieverbrauch des Patienten ist trotz Schwungphasensteuerung beim Gelenk sehr niedrig.

Das im Produktionsprozess eingesetzte innovative Rapid-Prototyping-Verfahren FDM erzeugt additiv Modelle aus ABS-Kunststoff. Diese eignen sich als Funktionsmodelle. Die FDM-Anlage wird in der Fachhochschule Südwestfalen für Forschung, Lehre, Technologietransfer und Nachwuchsförderung eingesetzt.

Auf dem Gemeinschaftsstand der NRW-Hochschulen „Forschungsland NRW“ in Halle 18 wird die Erstellung eine ABS-Kunststoffteiles des Kniegelenks mit der Rapid-Prototyping-Anlage demonstriert. Darüber hinaus kann neben einer permanent animierten Demonstration des Kniegelenks die Prothese auch „live in use“ präsentiert werden.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Wolfram Stolp
Fachhochschule Südwestfalen
Abteilung Meschede
Lindenstr. 53, 59872 Meschede
Tel.: 0291 – 9910540
Fax: 0291 – 9910912
E-Mail: stolp@fh-swf.de