Bachelorstudiengang

Medizintechnik

1) Vorstellung Ergänzungsmodul E11

„Total Quality Management und unternehmerisches Handeln“

2) Vorstellung Kompetenzfeld K11

„Werkstoffe für medizinische Anwendungen“

• Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe (Prof. Gadow)

• Werkstofftechnik und –simulation (Prof. Schmauder)

• 3 Credit Points

• wahlweise im Winter- oder Sommersemester

• Do, 9:45-11:15, wöchentlich

• Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB),

Allmandring 7b, Zimmer 2.05

Ergänzungsmodul E11

Total Quality Management und

unternehmerisches Handeln

o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Rainer Gadow

Inhaltliche Orientierung zum Seminar

3

Teil I: KAIZEN-Strategien

kennen lernen, verstehen, selbst entwickeln, anwenden

Konzepte

vergleichende Betrachtungen

Verlustvermeidungsphilosophie

Teil II: Qualitätstechniken

FMEA - Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse

Qualitätstechniken im weiteren Sinn, Hilfstechniken

Werkzeuge (Sieben Statistische Werkzeuge Q7, die Neuen

Sieben M7)

Quality Function Deployment (House of Quality)

Teil III: Statistische Prozessregelung

Prozessfähigkeitsuntersuchung, Regelkarten

statistische Prozessüberwachung bzw. -regelung

Teil IV: Qualitätsmanagementsysteme

Zertifizierung, Audit, DIN EN ISO 9000 ff

Exkursionen und Übungen zum Seminar

4

Exkursionen:

Besuch mittlerer und großer Unternehmen der Region

• Wie wird Total Quality Management umgesetzt und welche

Schwierigkeiten ergeben sich aus der industriellen Praxis?

• Welche Unterschiede existieren in den verschiedenen Unternehmen?

Übungen:

Selbstständige Bearbeitung einer Fallstudie in kleinen Gruppen

• Analyse der Situation und Erarbeiten einer Strategie unter der

Verwendung der gelernten Werkzeuge.

• Welche miteinander konkurrierenden Lösungen kommen in Betracht?

Kompetenzfeld K11

Werkstoffe für medizinische

Anwendungen

o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Rainer Gadow

Module des Kompetenzfelds ……

Das Kompetenzfeld besteht aus 2 Modulen:

13040 Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe

- Modulverantwortlicher: o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c. mult. Rainer Gadow

- findet im WS+SS statt, kann zu jedem Semester begonnen werden.

- Dauer: 2 Semester.

14280 Werkstofftechnik und -simulation

- Modulverantwortlicher: Prof. Dr. rer. nat. Siegfried Schmauder

- findet im SS statt.

- Dauer: 1 Semester.

Lehrziele der Module

13040 Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe

(o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c. mult. Rainer Gadow, apl. Prof. Dr. rer. nat. Andreas Killinger)

Studenten können: z.B. Systematik der Faser- und Schichtverbundwerkstoffe und

charakteristische Eigenschaften der Werkstoffgruppen unterscheiden, beschreiben und

beurteilen. Verstärkungsmechanismen benennen und erklären. Technologien zur Verstärkung

von Werkstoffen benennen, vergleichen und auswählen. Verfahren und Prozesse zur

Herstellung von Verbundwerkstoffen und Schichtverbunden benennen, erklären, bewerten,

gegenüberstellen, auswählen und anwenden. Herstellungsprozesse hinsichtlich der techn. und

wirtschaftl. Herausforderungen bewerten.

14280 Werkstofftechnik und -simulation

(Prof. Dr. rer. nat. Siegfried Schmauder)

Die Studierenden haben fundierte Kenntnisse über das Verhalten von Werkstoffen unter

verschiedenen Beanspruchungen. Sie haben die Fähigkeiten, das Werkstoffverhalten mit Hilfe

von entsprechenden Stoffgesetzen zu beschreiben und in eine Werkstoffsimulation

umzusetzen.

Basiskompetenzen aus dem Grundstudium

Basismodul „Materialien für Implantate“:

Anforderungen an Werkstoffe in der Medizintechnik (Implantate,

Medizinische Geräte);

Systematik der Werkstoffgruppen;

Grundlagen der Polymere, Metalle, keramischen Werkstoffe &

Verbundwerkstoffe

Basismodul „Einführung in die Festigkeitslehre“:

Festigkeitsberechnung (Zug und Druck, Biegung, Schub, Torsion)

Schwingende Beanspruchung

Allgemeiner Spannungs- und Verformungszustand, Kerbwirkung

Konstruktion und Berechnung der Maschinenelemente

Veranstaltungen des Kompetenzfelds…..

13040 Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe

- Vorlesung Verbundwerkstoffe I: Anorganische Faserverbundwerkstoffe

im WS, Di. 08:00-09:30 Uhr, wöch., Universitätsstr. 38 – V38.03(Vst.-Nr. 3605211)

- Vorlesung Verbundwerkstoffe II: Oberflächentechnik und Schichtverbundwerkstoffe

im SS, Di. 08:00-09:30 Uhr, wöch., Pfaffenwaldring 55 –V55.01(Vst.-Nr. 3606211)

zusätzlich: - Exkursion Fertigungstechnik Keramik und Verbundwerkstoffe

- Praktikum Verbundwerkstoffe mit keramischer und metallischer Matrix

- Praktikum Schichtverbunde durch thermokinetische Beschichtungsverfahren

Produktentwicklung mit neuen Werkstoffen –

Bauweisen und Fertigungsverfahren z.B. Herzschrittmacher, Hörgeräte, Implantate für den Patienten. Ebenso

Röntgengeräte, Computertomographie, Magnetresonanz, usw..

Absolventen der medizinischen Technik mit Vertiefung „Werkstoffe für medizinische

Anwendungen“ sind vor allem in der medizintechnischen Industrie und in

einschlägigen Forschungsinstituten tätig. Neben dem klassischen Einsatzgebiet

Entwicklung, können sie auch in der Qualitätssicherung, im Vertrieb, im Kundendienst

oder in der Beratung ihr Wissen einbringen.

Möglich Berufsfelder:

Design und Entwicklung medizinischer Produkte und Verfahren für klinische

Anwendungen

Design, Entwicklung und Fertigung von Endoprothesen und avitalen/vitalen

Implantaten

Projektierung, Konstruktion und Fertigung von medizinischen Geräten und

Instrumenten

Betrieb und Serviceleistungen moderner Labor-, Diagnostik- und

Therapiegeräte

Mittelohrimplantat

© Heinz Kurz GmbH

Stents (TiNi)

BVMed-Bilderpool

Aufbau Hüftgelenk

Hüftpfanne, -köpfe,

Kniegelenk, usw.

CeramTec AG

Infusionsbeutel und -

Schläuche, Spritzen

http://www.chemgapedia.de

Prothesen

Anlagen

Produktentwicklung mit neuen Werkstoffen –

Bauweisen und Fertigungsverfahren

immer komplexere Lastenhefte für hochbelastete Strukturbauteile:

niedrige Dichte

Leichtbaustrukturen (Einsparung primärer Energieträger,

Emissionsreduzierung - Schadstoffnormen, verbesserte Ökobilanz)

technische Leistungsfähigkeit

mechanische Eigenschaften

(hohe Festigkeit, E-Modul, schadenstolerantes Versagensverhalten)

thermische und chemische Beständigkeit

tribologische Eigenschaften (Reibungskoeffizient, Verschleiß)

komplexe Anforderungsprofile begrenzen

den Einsatz konventioneller

monolithischer Bauteile

Warum Verbundwerkstoffe?

Maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe für jeden

Temperaturbereich

Matrix Verstärkungsphase RT 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

PMC

Epoxy

Phenole

Polyimide

Glasfasern

Kohlenstofffasern

Aramidfasern

MMC

Aluminium

Titan

Magnesium

Kohlenstofffasern

SiC – Partikel

Al 2 O 3 – Fasern

CMC

(Si)SiC

Al 2 O 3

Si 3 N 4

Kohlenstofffasern

Al 2 O 3 – Fasern

SiC – Fasern

Einsatztemperatur [°C] Beispiele

2400 ...

Verbundwerkstoffe – Einteilung nach Matrices

halbtrocken

Zwischenlagerung vor

Weiterverarbeitung

trocken

thermoplastische

Matrix

‚preimpregnated material‘

(seit den 60er Jahren, Fa. Boeing, davor

fast nur manuelle Nasslaminierverfahren)

(Vorteil: Qualitätsverbesserung

da bessere Lamination möglich) (Vorteil: Automatisierungspotential)

Halbzeuge

generell für halbfertige Bauteile (Bleche, Platten,

Profile), die zu dem gewünschten Endprodukt

weiterverarbeitet werden

Fadenhalbzeuge

Halbzeuge aus Fasern

(Fäden, Gewebe, Matten, Vliese)

nass

direkte

Weiterverarbeitung

Prepregs

in Matrix getränkte Fadenhalbzeuge

(Trennung der Fasertränkung von der Formgebung)

Terminologie PMC-Fertigungstechnik

Vorteile: (im Vergleich zur

Niederdruckautoklaven-

Technik) niedrige Taktzeiten

komplexe Bauteilstrukturen möglich

Herstellung von Sandwich-Bauteilen

mit schubfestem Kern (Balsaholz,

technische Schäume (z.B. PVC)

Nachteile: hohe Fasergehalte (bis 50

vol.%) erhöhen die Taktzeiten

komplexe, hochreaktive und teuere

Harzsysteme notwendig

Injizierung hochreaktiver Harzsysteme in eine geschlossene Form unter Vorlage trockener,

vorgeformter Verstärkungsstrukturen (Tränkung und Formgebung in einem Verfahrensschritt ->

Nassverfahren)

Vorraussetzung: spezielle, niederviskose Harzsysteme

Unterscheidung verschiedener Verfahren je nach Einspritzdruck des Harzes:

SRIM (structural injection molding, p>20bar), RTM (p<6bar), VARI (vacuum assisted resin infusion)

Resin Transfer Moulding (RTM)-Technik

Multidirektionales, quasiisotropes Laminat mit symmetrischem Aufbau

Vermeidung von Bauteilverzug und Verwindungen, Spannungsrissen durch anisotrope

Ausdehnungskoeffizienten der Fasern

exakte Ablegepläne (Lagenzahl, Lagenwinkel) symmetrischer Lagenaufbau

Vermeidung von Winkelsprüngen > 45°

Quelle: R&G, Faserverbundwerkstoffe Handbuch; Edition 06/2009

Prepreg-Autoklavverfahren - Lamination

Herstellung eines Monocoques (Toyota F1)

Quelle: Toyota Motorsport GmbH (TMG)

Autoklav (Les Mureaux)

Copyright : © EADS SPACE Transportation

Quelle: Pagani Automobili S.p.A.

Prepreg-Autoklavverfahren - Anwendungen

Beschichtung von Implantaten

Zusammensetzung natürlicher Knochen: Ca8,3(HPO4,CO3)1,7(PO4)4,3(CO3,OH)0,3

Überwiegende Calciumphosphatphase: Hydroxylapatit [HA, Ca10(PO4)6(OH)2]

(70 % in weight, 50 % in vol.)

Thermisch gespritzte HA-Schicht auf

einer Ti-Prothese

Siemens Siemens

IFKB

Beschichtete Dentalimplantate

• Metallkundliche Grundlagen

• Mechanisches Verhalten der Werkstoffe

• Stoffgesetze

• Neue Werkstoffe

Kunststoffe

Polymer-Schäume

Holz

Riß para

llel z

ur

Mase

rung

Riß s

enkrech

t zur

Mase

rung

Verbund-werkstoffe

Legierungen

Ingenieur-Keramiken

Cermets

Eis

poröse Keramiken

0,1

10

1,0

100

1000

0,010,01 0,1 1 10 100 1000

Elastizitätsmodul E in GPa

Bru

chzä

higz

eit K

in M

Pam

1C

1/2

http://www.apotheken-umschau.de

Berechnung und Simulation von Bauteilen und

Systemen in der medizinischen Technik

• Atomistik

• Kristallplastizität

• Versetzungstheorie

• Mikrostrukturmechanik

• Mesomechanik

• Makromechanik

• Bruchmechanik

• Schädigungsmechanik

Berechnung und Simulation von Bauteilen und

Systemen in der medizinischen Technik

Vielen Dank !!!

Kompetenzfeld – Werkstoffe für med. Anwendungen