Neue Produktionsansätze für komplexe medizintechnische Komponenten

Multimaterial-Bauteile aus dem 3D-Druck, funktional integrierte Komponenten und programmierbare Monomaterialien zeigen, wie sich Produktions- und Materialkonzepte in der Industrie weiterentwickeln. Im Mittelpunkt stehen Verfahren, mit denen sich unterschiedliche Materialeigenschaften innerhalb eines einzigen Herstellungsprozesses kombinieren lassen, wie etwa harte und flexible Strukturen oder unterschiedliche Funktionszonen innerhalb eines Bauteils.

Gerade für die Medizintechnik gewinnen solche Ansätze an Bedeutung, wenn komplexe Komponenten mit möglichst wenigen Fertigungsschritten, geringerer Materialkomplexität und reproduzierbaren Prozessen industriell hergestellt werden sollen. Neue Fertigungsverfahren und Materialsysteme rücken damit zunehmend in den Fokus von OEMs und Zulieferern, die an skalierbaren Produktionsprozessen für leistungsfähige medizintechnische Produkte arbeiten.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeitet im Projekt "CeraMMAM" an einem additiven Fertigungsverfahren, mit dem sich unterschiedliche keramische Materialien sowie perspektivisch auch Keramik-Metall-Verbindungen innerhalb eines einzigen Produktionsprozesses kombinieren lassen.

Möglich wird das durch ein neu entwickeltes Bindersystem für den Multimaterial-3D-Druck. Dadurch können Bauteile mit unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise flexible Innenstrukturen bei gleichzeitig harten Oberflächen, gefertigt werden. Zudem lassen sich komplexe und filigrane Strukturen präzise herstellen.

Für die Medizintechnik sind solche Ansätze insbesondere dort relevant, wo kompakte Bauweisen, Funktionsintegration und präzise reproduzierbare Fertigungsprozesse zusammenkommen. Gleichzeitig kann die Bündelung mehrerer Eigenschaften innerhalb eines Bauteils Montage- und Prozessaufwand reduzieren.

Auch die Materialentwicklung selbst wird zunehmend Teil neuer Produktionsstrategien. Forschende des Fraunhofer Cluster of Excellence Programmierbare Materialien CPM entwickeln gemeinsam mit dem Sportartikelhersteller Puma programmierbare Monomaterialien, bei denen unterschiedliche funktionale Eigenschaften innerhalb eines einzigen Materials erzeugt werden können.

Im Projekt "ZiProMat" entsteht so eine Sohle aus einem thermoplastischen Co-Polyester-Elastomer, deren unterschiedliche Funktionszonen nicht durch verschiedene Materialien, sondern durch spezifische Strukturen wie Rippen oder Zacken erzeugt werden. Gleichzeitig verfolgen die Forschenden das Ziel, Sohle und Schaft aus kompatiblen Polyester-basierten Materialien herzustellen, um Materialsysteme und Recyclingprozesse zu vereinfachen.

Auch wenn die Entwicklung nicht direkt aus der Medizintechnik stammt, zeigt sie einen Trend, der zunehmend an Bedeutung gewinnt: Materialien und Produktionsverfahren werden stärker gemeinsam entwickelt, um Produktarchitekturen zu vereinfachen, Materialvielfalt zu reduzieren und Verarbeitungsschritte effizienter zu gestalten.

Die Beispiele zeigen, wie eng Materialentwicklung und moderne Fertigungstechnologien zusammenhängen. Additive Fertigung, funktionale Materialintegration und neue Produktionsansätze schaffen die Grundlage für komplexe, präzise und reproduzierbar herstellbare Komponenten.

Damit verschiebt sich der Fokus in der MedTech-Produktion zunehmend von einzelnen Materialien hin zu integrierten Material- und Fertigungssystemen besonders dort, wo hohe Anforderungen an Funktionalität, Skalierbarkeit und industrielle Prozesssicherheit zusammenkommen.

Quellen: Karlsruhe Institut für Technologie, Fraunhofer-Gesellschaft