Medizinprodukte konstruieren, verändern und ihre Eigenschaften testen: Bei diesen Aufgaben unterstützt Software den Fachmann aus der Medizintechnik-Branche. Und sie berücksichtigt die gesetzlichen Vorgaben, bis zur Dokumentation.
Hersteller medizinischer Geräte müssen den behördlichen Auflagen Folge leisten. Dies hat zur Folge, dass jeder Arbeitsschritt sorgfältig und umfassend dokumentiert werden muss und dennoch die Wahrscheinlichkeit fehlgeschlagener Produkttests relativ hoch liegt. Da auch Kosten und Risiken der Produktentwicklung hoch sind, ist ein schneller Innovationsprozess mit kurzen Konstruktions- und Validierungszyklen unabdingbar. Eine integrierte Produktentwicklungsplattform für die Konstruktion und Analyse sowie das Produktdatenmanagement (PDM), wie sie die Solid Works Deutschland GmbH in Haar anbietet, hilft dabei, dieses Ziel zu erreichen.
Mit der Software lässt sich auf einfachem Weg ein featurebasiertes, parametrisches Modell eines Konstruktionskonzepts erstellen. Dafür werden Volumenmodellierfunktionen genutzt, wie Ausformungen, Verrundungen mit variablem Radius, Wandungen oder auch Formschrägewinkel. Sie definieren die Geometrie, Funktion und Herstellbarkeit komplexer medizinischer Geräte. Des Weiteren ist es möglich, mit der 3D-Software Gehäuse oder Blechkomponenten für medizinische Geräte zu erstellen. Eigenschaften wie Blechdicke, Biegeradius und Biegefreischnitt werden automatisch berücksichtigt.
Sollen bereits vorhandene Produkte modifziert werden, für die noch keine 3D-Modelle existieren, unterstützt der ScanTo3D den Konstrukteur. Diese Software erfasst physikalische Modelle, vorhandene OEM-Teile oder anatomische Objekte und stellt die gescannten Daten für das Erstellen von Modellen in der Software zur Verfügung. Die 3D-Visualisierung zeigt mögliche Probleme bereits in einem frühen Entwicklungsstadium und ermöglicht es, sie zu eliminieren. Zusätzlich können mit dem Animator auch Bewegungssimulationen von Teil- und Baugruppenmodellen erstellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, Baugruppenbewegungen zu erfassen und bewegliche Teile eines medizinischen Geräts in Funktion zu zeigen.
Viele Medizingeräte bestehen heute zum Großteil aus Zukaufteilen, wie Halbleitern, Leiterplatten, Displays, Ventilen und Pumpen. Oftmals müssen bei einem neuen Projekt diese Komponenten neu konstruiert werden. Hierbei ist das Portal 3D-ContentCentral hilfreich. Über das Portal kann der Anwender auf eine breite Palette von Standard-, anbieterspezifischen und unternehmensinternen Konstruktionsbibliotheken zurückgreifen, in denen bereits fertige Komponentenmodelle abgelegt sind.
Software-Unterstützung ist jedoch auch in anderen Phasen des Entwicklungsprozesses vonnöten. Bereits in einem frühen Stadium der Konzeptionierung lässt sich das Leistungsverhalten einer Konstruktion unter verschiedensten Bedingungen bewerten. Hier greift die Finite-Elemente-Analyse oder FEA, die zum Beispiel prüft, wie sich ein chirurgisches Instrument verhält, wenn es aus Versehen fallen gelassen wird. Mit der Produktreihe Cosmos, die in das SolidWorks Office Premium-Paket integriert ist, sind unterschiedliche Konstruktionsprüfungen durchführbar. Der CosmosWorks Designer bestimmt dabei die Spannung, Dehnung, Verformung und Verschiebung von Komponenten unter realen Betriebsbedingungen.
Wie Flüssigkeiten und Gase um und in einem Produkt fließen, lässt sich wiederum mit CosmosFloWorks simulieren. Hierbei werden Fließgeschwindigkeit, Druck, Temperatur sowie weitere Variable berechnet. Mit diesem Werkzeug wurden bereits alternative Entwürfe einer künstlichen Herzklappe evaluiert, um die Strömungsturbulenzen, den Druckverlust sowie den allgemeinen Gegendruck im Ventil zu bestimmen. In einem anderen Fall wurde dieses Tool eingesetzt, um bei einem Sauerstoffgerät die Konzentration des Sauerstoffs am Mundstück zu analysieren. Zudem hilft die Prüfung bei der Materialauswahl und -einsparung. Dies ist gerade bei kleinen medizinischen Geräten wichtig, um optimales Handling zu erzielen.
Komplexe elektronische Geräte bieten im Inneren häufig wenig Platz. Mit der Funktion CircuitWorks ist es möglich, E-CAD-Dateien in 3D-Modelle und 2D-Zeichnungen zu integrieren. Dadurch ist schnell sichtbar, ob beim Einbau einer Leiterplatte in das 3D- Modell die geforderten Abstände zu Metallkontakten gegeben sind und so die Brandschutzauflagen erfüllt werden. Ist das Gehäuse in 3D fertig, kann anschließend mit der Routing-Funktion die gesamte Verdrahtung am Modell vorgenommen werden. Auch hier gilt es wieder, Komponenten so anzuordnen, dass sie so wenig Platz wie möglich benötigen.
Ist die Konstruktion optimiert, lassen sich anhand des 3D-Baugruppenmodells 2D-Zeichnungen für die Fertigung generieren und Schnittansichten durch einfaches Zeichnen einer Linie erstellen. Die Zeichenansicht wird dabei automatisch erzeugt. Auch Explosionsansichten zur Beschreibung des Betriebs und der Wartung des Geräts können aus dem 3D-Modell erstellt werden. Für die durchgängige Dokumentation und ein hohes Maß an Kontrolle sorgt PDMWorks Workgroup für das Produktdatenmanagement, das die in einzelnen Prozessschritten erstellten Versionen automatisch verfolgt und verwaltet.
Zum Programmspektrum gehört auch ein Komplettpaket an Volumen- und Oberflächenmodellierfunktionen für die Konstruktion geometrisch komplexer und optisch ansprechender medizinischer Geräte, die funktional und herstellbar sind. Gleichzeitig ist eine Datenverwaltung und Versionskontrolle möglich, die für die Dokumentation des Konstruktionsprozesses vom ersten bis zum letzten Schritt benötigt werden. Auf diese Weise genügen Konstruktionen in der Medizintechnik den behördlichen Anforderungen.
Carola von Wendland Fachjournalistin in Grünwald
Weitere Informationen www.solidworks.de
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