Forscherteam Generative Fertigungstechnik

Unsere Arbeitsgruppe ist bei Themen rund um Fertigungsprozesse engagiert. Besonders stehen alle Bereiche generativer 3D-Fertigung im Mittelpunkt.

Gegenwärtig arbeiten wir beispielsweise an der Verarbeitung biologisch abbaubarer Kunststoffe und Biopolymere, der Umsetzung innovativer Lösungen in der Gießereitechnik und auf dem Gebiet des 3D-Scans. Bei der Lösung unserer Aufgaben setzen wir die gängigen CAD-Systeme CATIA und Inventor ein.

Das Tissue Engineering stellt einen der fachlichen Schwerpunkte der Arbeitsgruppe dar. Hier besteht die Motivation, auf künstlichem Wege biologisches Gewebe mittels gerichteter Zellkultivierung herzustellen, Gewebebereiche zu ersetzen bzw. vollständig zu regenerieren. Bei komplizierten Krankheitsbildern ergeben sich Herausforderungen, wenn sich z.B. der Genesungsprozess über sehr lange Zeit erstreckt. Bisher bewährte Strategien müssen neu überdacht und weiter entwickelt werden.

Implantierbare Materialien, wie Biopolymere (Bsp.: Polycaprolacton; PCL) und Hydrogele sind biokompatibel und können über einen längeren Zeitraum definiert im menschlichen Organismus abgebaut werden. Solche Implantate sind unmittelbar nach der Applikation mechanisch stabil und müssen durch den Abbau im Körper am Ende ihrer Lebensdauer nicht durch Folgeoperationen entfernt werden.

Um vielversprechende Biomaterialien in geometrisch definierte komplexe Strukturen zu überführen, werden in der Arbeitsgruppe generative Verfahren eingesetzt. Wir haben Modifikationen an bekannten 3D-Druckern vorgenommen, um dem Traum des 3D-gedruckten Implantats ein wenig näher zu kommen. Auf diesem Weg finden wir sicherlich noch einige Herausforderungen, die es zu lösen gilt.

Personen

Prof. Dr.-Ing. Peter Schulze

Prof. Dr.-Ing. Käte Rosenberger

Dipl.-Ing. Hartmut Stabler

Hans-Martin Dörfler, M.Eng.

Tobias Flath, M.Eng.

Johannes Rost, M.Eng.

Aktuelle Projekte

Themen:

Next-roto „Entwicklung neuer verfahrenstechnischer Systeme für neuartige direkt beheizte Rotationsformen“

Primäres Projektziel ist die Entwicklung und prototypische Umsetzung neuartiger direktbeheizter Rotationsformen sowie einer dazugehörigen Rotationsmaschine zur Herstellung komplexer Kunststoffteile. Die Innovationziele liegen in: neue Materialien und Herstellungsprozesse für die Formen, Produktionszyklusverkürzung, Energieeinsparung, Energierückgewinnung, Reduzierung des Platzbedarfs, Vereinfachung der Bedienung, wesentliche Verbesserung der Produktqualität und Verringerung von Ausschuss beim Rotieren.

Fördermittelgeber: ZIM-BMBF

„Knochenregeneration durch 3D gedruckte siRNA-freisetzende Keramikimplantate“

Unter Nutzung eines Dosierkopfes im 3D-Druck Verfahren FDM (Fused Depsoition Modelling) werden hier Knochenzementpasten mit Wirkstoffzumischung dreidimensional strukturiert. Dazu erfolgt die Weiterentwicklung der Anlagentechnik, um den Anforderungen in der Verarbeitung der pastösen Werkstoffe bei Raumtemperatur unter prozessintegrierter Zumischung von Pulvern gerecht zu werden. Ziel ist die Weiterentwicklung von Knochenersatzwerkstoffen.

Fördermittelgeber: SMWK

„Generative Fertigung von Multikanalröhrchen zur peripheren Nervenregeneration“

Bisher ist die Heilung von Defekten am peripheren Nervensystem eingeschränkt erfolgreich durch den komplexen anatomischen Aufbau von Nerven. Mit dem Projekt „Multikanalröhrchen“ sollen durch den Einsatz eines neuen Hydrogel-Materials und generativen Verfahren neue Wege beschritten werden bei der Herstellung eines Implantats, welche die körpereigene Regeneration von Nervendefekten gezielt und in besserer Form unterstützen soll.

Fördermittelgeber: ZIM-BMWi

KomposiForm

Entwicklung von Kühlsystemen für Gussformen zur externen Beeinflussung des Erstarrungsverhaltens beim Metallguss über vakuumtaugliche Formstoffe mit schlechter Wärmeleitung Ziel des Vorhabens ist die Abkühlung von Metall-Feinguss-Teilen durch Veränderungen des Formstoffes und/oder Einsatz von Kühlelementen zu steuern, damit deren Qualität sich einem im Druckguss hergestellten Bauteils annähert.

Fördermittelgeber: ZIM-BMBF

Abgeschlossene Projekte

Themen:

„HySiBone – Entwicklung eines neuartigen porösen Hybrid-Silikat-Knochenersatzwerkstoffes“

Nutzung des generativen Verfahrens Fused Deposition Modelling (FDM) zur Herstellung von Formkörpern. Diese dienen als verlorene Formen der indirekten Strukturierung von Hybrid-Silikat Materialien als Knochenersatzwerkstoff. Veröffentlichungen:

• „Indirect rapid prototyping of sol-gel hybrid glass scaffolds for bone regeneration - effects of organic crosslinker valence, content and molecular weight on mechanical properties“ DOI: 10.1016/j.actbio.2016.02.038

• „Effects of curing and organic content on bioactivity and mechanical properties of hybrid sol–gel glass scaffolds made by indirect rapid prototyping”

DOI: 10.1007/s10971-017-4395-y

Fördermittelgeber: BMBF

„Nukleotidbasierte Arzneistoffimplantate zur regenerativen Anwendung im Knochen“

Entwicklung eines Dosierkopfes (FDM Verfahren) für im additive manufacturing mit integriertem Doppelschneckenextruder. Hiermit ist es möglich mehrere Materialien während des 3D-Verabeitungsprozesses in Mischung zu bringen. Außerdem kann die Verarbeitungstemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Technologien deutlich reduziert und komplexe Materialmischungen verarbeitet werden. Das Ziel ist der dreidimensionale Aufbau von Knochenersatzwerkstoffen. Veröffentlichungen:

• „Ein Doppelschneckenextruder zur Materialdosierung in einem Rapid Prototyping-Prozess“ S. 419–427 ISBN: 978-3-95908-062-0

Fördermittelgeber: SMWK

3D-Orbita

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Erstellung einer Prozesskette für die Herstellung optimierter patientenspezifischer Gesichts- und Hirnschädel- (kraniomaxillofazialer) Implantate.

• Template-Based Orbital Wall Fracture Treatment Using Statistical Shape Analysis. DOI: 10.1016/j.joms.2017.03.048

Fördermittelgeber: ZIM-BMBF

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing.
Fritz Peter Schulze
Werkzeugmaschinen/ Fertigung
Bereich:
FME
Raum:
Telefon:
+49 341 3076-4142

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