Entwicklung und Fertigung von biobasierten Orthopädieprodukten durch selektive lastpfadoptimierte Cellulosefaserverstärkung – 3D BiOOPT

Übersicht

Ziel des Projekts „3D BioOPT“ ist die Entwicklung nachhaltiger und hochbelastbarer Orthesen auf der Basis biobasierter Hybridwerkstoffe mittels additiver Fertigung. Dafür werden Werkstoffentwicklung und Verfahrenstechniken gezielt miteinander kombiniert, um den 3D-Druck leistungsfähiger Orthopädieprodukte zu ermöglichen. Im Mittelpunkt steht die Nutzung von Bastfasern sowie Regeneratcellulosefasern wie Cordenka oder Lyocell, die durch Ligninbehandlung und Fibrillierung modifiziert werden. Dadurch sollen die Haftung zwischen Faser und Matrix deutlich verbessert und eine effizientere Lastübertragung erreicht werden. Dies ist insbesondere für höher belastete Orthesen von entscheidender Bedeutung. Neben der Materialentwicklung werden auch die Druckprozesse optimiert, um eine lastgerechte Ausrichtung der Fasern in den Bauteilen zu ermöglichen. Auf der Basis numerischer Simulationen werden Geometrie, Werkstoffeigenschaften und Belastungssituationen analysiert. Daraus werden sowohl ein optimiertes Design als auch spezifische Druckpfade abgeleitet, die eine selektive, lastpfadgerechte Positionierung der Fasern ermöglichen. Ziel ist es, ressourcenschonende Orthesen mit deutlich höherer mechanischer Belastbarkeit als konventionell gefertigte Produkte herzustellen. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung leistungsfähiger und ressourcenschonender Orthesen durch das Zusammenspiel verbesserter, nachhaltiger Hybridwerkstoffe und einer lastpfadoptimierten 3D-Druckfertigung. Gleichzeitig wird ein durchgängiger digitaler Datenfluss etabliert, um die entwickelten Methoden und Verfahren auch für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) praktikabel und wirtschaftlich nutzbar zu machen.