KMU-innovativ Ressourcenschonender Thermoformprozess zur Herstellung individueller Hilfsmittel in der Orthopädietechnik (ReFormOT)

Problemstellung
Das Thermoformen ist das übliche Verfahren bei der Herstellung von individuellen, am Körper anliegenden orthopädischen Hilfsmitteln. Hierbei wird mittels Unterdruck eine erwärmte Kunststoffplatte auf ein Formwerkzeug angeformt. Das Formwerkzeug, welches je nach angestrebter therapeutischer Wirkung die Körperform der/des Erkrankten modelliert, besteht in der Regel aus CNC-gefrästem PU-Hartschaum, einem besonders umweltschädlichen und nicht recyclebarem Material. Bei der Herstellung von Korsetts für die Behandlung von Kindern und Jugendlichen mit Skoliose (Wirbelsäulenverkrümmung) entstehen je Versorgung durchschnittlich 6 kg PU-Schaum Abfall und ca. 75 kg CO2-äq. Bei einer Jahresproduktion von ca. 5.500 Korsetts in Deutschland entstehen so ca. 410 t CO2-äq sowie ca. 33 t PU-Schaum Abfall.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Forschungsprojektes ReFormOT ist die Entwicklung eines variablen und wiederverwendbaren Formwerkzeugs für das Thermoformen von individuellen orthopädischen Hilfsmitteln am Beispiel von Skoliosekorsetts. Das neuartige Thermoform-Werkzeug (TFW) wird aus einer flexiblen Haut bestehen, welche mit Granulat befüllt und durch Unterdruck verfestigt wird. Um dem TFW seine äußere Form zu geben, wird eine patientenindividuelle additiv gefertigte Negativform hergestellt, welche nach dem Einsatz recycelt und für die erneute Fertigung genutzt werden kann. Der Einsatz des neuartigen TFW macht die Verwendung von PU-Schaum überflüssig, sodass die damit verbundenen Abfälle und Treibhausgase eingespart werden. Innerhalb dieses lokalen Wertstoffkreislaufes entstehen kaum Abfälle.

Vorgehensweise
Zunächst wird ein Konstruktionsverfahren entwickelt, mit dessen Hilfe die Kontur der Negativform automatisch aus digitalen Korsett-Modellen abgeleitet werden kann. Anschließend werden die Materialanforderungen für die additive Fertigung der Negativform definiert sowie Parameter für das Materialrecycling erarbeitet und optimiert. Qualifizierende Prüfverfahren werden eingesetzt, um die Negativform hinsichtlich mechanischer Belastbarkeit, Druckbarkeit und Recyclingfähigkeit zu optimieren. Der Aufbau der Komponenten des TFW (flexible Haut und Granulat) werden iterativ, experimentell erforscht und im Labormaßstab validiert. Der Thermoform-Arbeitsplatz, bestehend aus Ofen, Aufnahme für das TFW sowie Unterdrucksystem, wird an die neuen Anforderungen angepasst und optimiert. Abschließend werden das TFW und der Thermoform-Arbeitsplatz zusammengeführt, erprobt, experimentell optimiert und technologisch validiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Das wiederverwendbare TFW kann für weitere Anwendungsfälle in der Orthopädietechnikbranche, in denen bisher ebenfalls PU-Schaum eingesetzt wird, angepasst werden. So hätte der Einsatz in der Fertigung von Prothesenschäften das Potential weitere 20 t PU-Schaum und 240 t CO2-äq einzusparen. Darüber hinaus ist die Adaption für andere manuelle Fertigungsverfahren möglich, in denen mit einem Formwerkzeug gearbeitet wird (z.B. Laminieren von Faserverbundwerkstoffen.

• CCtec Deutsches Korsettzentrum GmbH & Co. KG
• MindWerk GmbH & Co. KG
• Technische Universität Berlin