Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

Automatisierte Konstruktion orthopädischer Hilfsmittel

In der Orthopädietechnik werden Hilfsmittel immer noch überwiegend mit klassischen Guss- und Abformtechniken hergestellt. Die sich bietenden Möglichkeiten über CNC-Fräsen oder 3D-Druck werden erst spärlich eingesetzt, da diese auf digitalen Geometriemodellen der zu fertigenden Objekte beruhen. Aktuelle 3D-Messtechnik eröffnet zwar den Weg hin zur Generierung der benötigten 3D-Daten, allerdings muss der Einsatz dieser Technik in die erprobten Arbeitsabläufe der Orthopädietechnik integrierbar sein. Dazu bedarf es der Entwicklung einer speziell angepassten Erfassungsmethodik und der Definition und Umsetzung neuer Prozessketten, um die Verknüpfung von Handwerk und digitaler Verarbeitung zu erreichen.
Motivation und Ziele: 

Eine wesentliche Forderung an die Messtechnik ist dabei die Fähigkeit, auch im Innern von Rohlingen oder Gipsmodellen präzise messen zu können. Damit lässt sich eine wesentlich höhere Präzision gegenüber dem heutigen Stand des Vorgehens erreichen. Momentan werden die Objekte noch in Teile zerlegt, anschließend allseitig gemessen und durch eine nachträgliche rechnerische Verknüpfung wieder zu einem Objekt zusammengefügt.

Daneben muss ein Weg gefunden werden, die interaktiv am Menschen vorgenommenen Optimierungen der Prototypen oder Gipsabdrücke in den Erfassungsprozess zu übertragen. Dazu müssen die derart definierten Objektmerkmale detektierbar sein und effizient, ohne besondere Kenntnisse in Bezug auf Messtechnik in ein Konstruktionsprogramm übertragbar sein.

Aktuell eingesetzte Verfahren sehen einen sehr zeitintensiven und aufwendigen Arbeitsablauf in den folgenden Bereichen vor:

1. 3D-Druck von Prothesen und Orthesen

2. Erfassen und Vermessen von Negativ- und Positivabdrücken in der Orthetik

3. 3D-Druck Servicefertigung von Orthesen ohne Testhilfsmittel

4. Konstruktion von orthopädischen Hilfsmitteln

Die Entwicklung eines Erfassungssystems, das sich an den Arbeitsabläufen des Orthopädietechnikers orientiert, diese Arbeitsabläufe größtenteils automatisiert und möglichst wenig CAD-Kenntnisse voraussetzt, würde die Qualität der angefertigten Hilfsmittel verbessern, eine effektivere und kostengünstigere Arbeitsweise erreichen und neue Dienstleistungskonzepte, wie z.B. eine cloudbasierte Fertigung ermöglichen. 

Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines neuen Digitalisierungswerkzeugs in der Orthopädietechnik, das eine effiziente, vollständige und präzise Erfassung von Körpermodellen bzw. Hilfsmitteln erlaubt und die herkömmliche manuelle Abformtechnik vollständig ersetzen kann.

Aktivitäten: 

Erreicht werden soll das Ziel durch die Entwicklung eines Systems, welches eine präzise dreidimensionale Erfassung und Vermessung von Testhilfsmitteln (innen und außen) sowie die Erfassung und Vermessung im innern von Rohlingen oder Gipsmodellen gewährleistet und ermöglicht. Hierzu wurde sowohl für den Außenbereich als auch für den Innenbereich ein bildbasierter Ansatz verfolgt und umgesetzt. Weiterhin soll das System die vom Orthopädietechniker manuell festgelegten Merkmale, mitsamt dem gescannten Objekt, in ein Konstruktionsprogramm überführen. Des Weiteren ist eine Auswerteeinheit zur Automatisierung von Teilprozessen sowie zur automatisierten Konstruktion von orthopädischen Hilfsmitteln zu entwickeln.

Ergebnisse: 

Im Projektverlauf wurde für die Erfassung des Außenbereiches von Testhilfsmitteln und auch für die Erfassung von Innenbereichen ein bildbasierter Ansatz verfolgt und prototypisch umgesetzt. Die zur Erzeugung von 3D-Modellen notwendigen Softwaremodule wurden implementiert und Kalibrier-/Orientierungskonzepte erstellt.

Der weitere Projektverlauf sieht ein ausgiebiges Testen und Optimieren der entwickelten Systeme vor.

Eckdaten

Zeitraum:     01.11.2016 - 01.11.2018
Kooperation:
  • – Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
  • – F. Gottinger Orthopädietechnik GmbH
Förderkennzeichen:     16KN039402
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