Handprothesen aus dem 3D-Drucker

Eine studentische Gruppe hat eine neue Methode entwickelt, Menschen mit fehlenden Gliedmaßen insbesondere in Entwicklungsländern zu helfen.

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(Bild: Hochschule Coburg)

Von
  • Ben Schwan

Forscher an der Hochschule Coburg arbeiten an neuartigen Handprothesen, die sich für den Einsatz in der Dritten Welt eignen. Die Prothesen sollen sich insbesondere für den nachhaltigen und niedrigschwelligen Einsatz in Entwicklungsländern eignen. Sie werden über das sogenannte FLM-Verfahren hergestellt (Fused-Layer-Modelling). Hier wird schmelzfähiger Kunststoff schichtweise zum gewünschten Bauteil aufgebaut.

Die Prothese besteht aus Polylactic-Acid (PLA), was gut wiederverwertbar und biologisch abbaubar ist. Individualisierte Produkte können über 3D-Druck schnell und werkzeuglos gebaut werden. Im Netz finden sich einige frei zugängliche Datensätze für das Drucken von Handprothesen. Um die Herstellung weiter zu vereinfachen, müssen die Materialien kostengünstig und leicht verfügbar sein.

Um alle Finger zu strecken und wieder zur Faust zu schließen, braucht eine der Handprothesen etwa 1,6 Sekunden. Das gilt zumindest für die Prothese, die im letzten Jahr von dem Maschinenbau-Student Robert Hirsch entwickelt wurde. Die Finger werden über feine Seilzüge gesteuert. Pro Finger sollten diese mindestens 500.000 dieser Bewegungszyklen bewerkstelligen können, das entspricht der typischen Leistungsfähigkeit von kommerziellen Handprothesen. Wie einsatzfähig, belastbar und vor allem langlebig verschiedene Materialien für die Seilzüge sind, hat Hirschs Kollege Stefan Formann am Institut für Prototypen- und Modelltechnik untersucht.

Die Seilzüge müssen sich produktionsbedingt für raue Oberflächen eignen. Sie werden während des Drucks in die Kanäle und Bohrungen geführt und nehmen in der Mechanik eine empfindliche Sonderstellung ein. Formann verglich insbesondere die Leistungen von geflochtener Angelschnur aus Polyethylen und einer geflochtenen Drachenschnur aus Aramid. Für den Härtetest wurde auch die Performance eines Drahtseils aus Edelstahl, einer einfachen Baumwollschnur und von Nähgarn aus Polyester untersucht. Die Materialien wurden in die gedruckte Hand eingebaut, die im Laufe des Dauertests möglichst realistisch vom ausgestreckten in den geschlossenen Zustand bewegt wurde.

Am belastbarsten stellte sich die fein geflochtene, verschleißfeste Angelschnur heraus: sie schafft bis zu 1,6 Millionen Bewegungszyklen. Alle anderen liefen unter der erforderlichen Marke, wenngleich Drachen- und Baumwollschnur mit knapp 400.000 bzw. 450.000 Zyklen nur knapp darunter lagen. Vom Polyester-Nähgarn sollte man die künstlichen Finger lassen: die schnitten mit gerade Mal 60.000 Zyklen am schlechtesten ab.

(bsc)