Funktionelle Beinprothesen aus glasfaserverstärktem Kunststoffrezyklat

Abbildung 1: Prototypenwerkzeug des Circleg Zero Fussteils (Quellen: Fabian Engel/Project Circleg).

Technologie

Glasfaserverstärktes Kunststoffrezyklat, Prototypenwerkzeug, Transferspritzguss

Ausgangslage

Prothesen, die in Entwicklungsländern vorhanden sind, mangelt es meist an Funktionalität oder an Verfügbarkeit. Aus diesem Grund hat sich das Unternehmen Project Circleg zum Ziel gemacht, eine kostengünstige und für den Anwender angemessen funktionelle Prothese zu entwickeln. Diese Prothese soll vorerst in Kenia und Uganda auf den Markt gebracht werden. Damit Infrastruktur und Maschinen dieser Länder genutzt werden, sollen die lokal verfügbare Ressourcen genutzt werden. Als Werkstoff für die Prothese wird deshalb PP- oder PET Granulat aus recyceltem Plastik verwendet. Die Rezyklate werden von der Firma Mr. Green aus Nairobi, Kenia bezogen.

Ziele

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Kunststofftechnik FHNW sollen Material- und Prozessuntersuchungen, sowie eine Prototypenfertigung durchgeführt werden. Dazu soll ein Bauteil des Project Circleg Prothesensystems im Hinblick auf eine Prototypenfertigung, kunststoffgerecht und für die in Kenia und Uganda lokal verfügbaren Produktionsverfahren optimiert werden. Anschliessend soll ein Werkzeug konstruiert, gefertigt und in Betrieb genommen werden. Das Hauptziel ist die Herstellung von Prototypen aus den Werkstoffen Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP) mit Kurzglasfasern (GF) und Langglasfasern (LFT).

Ergebnisse

Es wurden verschiedene Kombinationen von Kunststoffrezyklaten mit Glasfasern erstellt, getestet und verglichen. Nachdem die vielversprechendsten Materialien ausgewählt waren, wurde in einem zweiten Schritt die Machbarkeit der Produktion getestet. Für diese Entwicklung wurde das Fussteil des Circleg Prothesensystems ausgewählt und das Design kunststoffgerecht an ein vereinfachtes Spritzguss-Verfahren angepasst und anschliessend ein Prototypenwerkzeug entwickelt und gefertigt. Da die Prothesenteile in den Entwicklungsländern gefertigt werden sollen, wurde auf das Verfahren Transferspritzguss zurückgegriffen. Dabei wird das Kunststoffgranulat, sowie das Werkzeug in einem Ofen über die Schmelztemperatur des Kunststoffs erhitzt. Anschliessend wird die Kunststoffschmelze mittels einer Presse in das Werkzeug gepresst und abgekühlt. Die Vorteile dieses Verfahrens sind die faserschonende Verarbeitung, die einen enormen Einfluss auf die Schlagzähigkeit des Materials hat, sowie die geringeren Investitionskosten in Maschinen und Gerätschaften, verglichen zum traditionellen Spritzgussverfahren.

Abbildung 2: Das Circleg Zero Fussteil gefertigt aus PET-Langfasergranulat im Transferspritzgussverfahren (Quelle: Simone Battaglia/FHNW).

Die Entwicklung des Werkzeugs, sowie die Produktion der Prototypen erfolgte in Zusammenarbeit mit der Schweizer Firma Swissfluid AG, die auf das Verfahren Transferspritzguss spezialisiert ist. Nach Abstimmung der richtigen Parameter und Prozessschritte konnte erfolgreich die Produktion der ersten Kleinserie durchgeführt werden.