Prothesen und Orthesen sind für viele Menschen ein unentbehrliches Hilfsmittel, um mobil zu sein und am täglichen Leben teilnehmen zu können. Gewöhnlich werden für die Herstellung der Produkte thermoplastische Kunststoffe oder Carbon verwendet. Im Projekt Bio-Ortho, an dem neben dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) auch der Orthopädie-Spezialist Dambeck GmbH, Kempten, und die Ilsfelder Tecnaro GmbH beteiligt waren, setzten sich die Teilnehmer das Ziel, durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen eine umweltverträgliche Alternative zu den Standardmateralien in Orthetik und Prothetik anbieten zu können.
Biobasierte Kunststoff-Compounds für Knie-Prothese
Dabei sollten die biobasierten Kunststoff-Compounds sowohl für die Fertigung von standardisierten Passteilen, wie beispielsweise Prothesenfüße, als auch bei der Herstellung von individuell hergestellten Prothesenschäften und Orthesenteilen eingesetzt werden können. Im Forschungsprojekt entwickelten die Partner geeignete Biopolymer-Compounds, stellten daraus Funktionsmuster her und testeten diese – mit Erfolg: Eine biobasierte Knieprothese bestand erfolgreich den Dauerbelastungstest nach ISO 10328, außerdem erwies sich der 3D-Druck von Prothesen mit Biomaterialien als vielversprechend.
Doch von Anfang an: Tecnaro kam bei dem Projekt die Aufgabe zu, geeignete Biopolymere, Naturfasern und Additive zu selektieren und daraus neue Compounds zu entwickeln. Eine Aufgabe, wie gemacht für den Biokunststoffgranulat-Spezialisten aus Ilsfeld, dessen Name für „Technologien für die industrielle Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen in der Kunststoffverarbeitung“ steht.
Biokunststoffe können CO2-neutral verbrannt werden
Geschäftsführer Jürgen Pfitzer sieht aber nicht nur in der Medizintechnik Bedarf an Biokunststoffen: „Generell sind alle Entwicklungen und Maßnahmen sinnvoll, die den Rohstoff Erdöl schützen. Aber speziell für die Medizintechnik, wo Nachhaltigkeit und Gesundheit an erster Stelle stehen, bieten sich die gut verträglichen Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen an.“ Denn viele Medizinprodukte können nach dem Kontakt mit Körperflüssigkeiten nicht recycelt, sondern müssen verbrannt werden. „Und was bietet sich da besser an als nachhaltige Werkstoffe zu verwenden, die sich im CO2-Kreislauf befinden?“, so Pfitzer, der vor der Gründung von Tecnaro bei Fraunhofer tätig war und sich mit Kunststoffen bestens auskennt. Die Werkstoffe, die die Partner für das Medizin-Projekt verwendet haben, sind bei Tecnaro in der Werkstoffgruppe Arboblend zusammengefasst, die eine Vielzahl an nachwachsenden Rohstoffen beinhaltet. Mit inzwischen fast 5000 Rezepturen kann Tecnaro nahezu alle Vorgaben der Medizintechnik abdecken.
Biokunststoffe mit herkömmlichen Verfahren verarbeiten
Besonderer Wert wurde bei der Werkstoffauswahl auf eine gute Verarbeitbarkeit der Rohstoffe im Plattenextrusionsprozess gelegt, die eine spätere industrielle Herstellung ermöglicht. Aus den ausgewählten Werkstoffen fertigten das Fraunhofer IPA und das Orthopädietechnik-Unternehmen Dambeck verschiedene Orthesen und Prothesen, die sie diversen Tests unterzogen. Die Anforderungen für den Einsatz in der Medizin waren umfangreich: Für die Armorthese beispielsweise mussten transparente Biomaterialien entwickelt werden, die, als Platte erwärmt, direkt im warmen Zustand an den Arm angepasst werden konnten.
Zudem sollte die Orthese unbedenklich und angenehm zu tragen sein und anschließend klimaneutral entsorgt werden können. „Unsere maßgeschneiderten Werkstoffe erfüllten alle Anforderungen“, erklärte Pfitzer. „Aber natürlich konnten wir für dieses Projekt den Biowerkstoff auch passend entwickeln und fertigen.
Der 3D-Druck war ebenfalls ein wichtiges Thema im Projekt: Das IPA stellte mit diesem Verfahren eine Niagara-Fußprothese inklusive einer Nachbildung der Körperform her. Den dafür erforderlichen weichen Biokunststoff hat Tecnaro ebenfalls im Bio-Ortho-Projekt entwickelt. Aus dem Projekt stehen nun viele neue, biobasierte Werkstoffe zur Verfügung, darunter transparente, wärmeformstabile, nahezu splitterfreie oder im 3D-Druck verarbeitbare. Sie erfüllen alle Voraussetzungen für eine Serienproduktion von orthetischen und prothetischen Produkten.
Zum Werkstoff-Anbieter:
Tecnaro GmbH
Bustadt 40
74360 Ilsfeld
Tel. +49 (0)97687-0
Mail: info@tecnaro.de
Weitere Informationen
Das gemeinsame Projekt von Fraunhofer IPA sowie den Unternehmen Dambeck und Tecnaro wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.
Zum Frauhhofer IPA:
www.ipa.fraunhofer.de
Zum Hersteller Dambeck:
www.dambeck-vital.de
Zum Projekträger FNR:
www.fnr.de
