Laut Statistiken der Weltgesundheitsorganisation benötigen Millionen Menschen auf der ganzen Welt Prothesen. Es wird erwartet, dass sich diese Bevölkerung bis 2050 verdoppelt. Je nach Land und Altersgruppe betreffen 70 % derjenigen, die Prothesen benötigen, die unteren Gliedmaßen. Derzeit sind hochwertige faserverstärkte Verbundprothesen für die meisten Amputierten der unteren Gliedmaßen aufgrund der hohen Kosten, die mit ihrem komplexen, handgefertigten Herstellungsprozess verbunden sind, nicht verfügbar. Die meisten Fußprothesen aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFK) werden von Hand hergestellt, indem mehrere Schichten aufeinandergeschichtet werdenPrepregin eine Form, dann in einem Heißpresstank aushärten, gefolgt vom Beschneiden und Fräsen, einem sehr teuren manuellen Vorgang.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird erwartet, dass die Einführung automatisierter Fertigungsanlagen für Verbundwerkstoffe die Kosten erheblich senken wird. Die Faserwickeltechnologie, ein wichtiger Prozess zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, verändert die Art und Weise, wie Hochleistungs-Verbundprothesen hergestellt werden, und macht sie effizienter und wirtschaftlicher.
Was ist Fiber Wrap-Technologie?
Beim Faserwickeln handelt es sich um einen Prozess, bei dem Endlosfasern auf eine rotierende Matrize oder einen rotierenden Dorn gewickelt werden. Diese Fasern können seinPrepregsvorimprägniert mitHarzoder imprägniert durchHarzwährend des Wickelvorgangs. Die Fasern werden in bestimmten Bahnen und Winkeln gewickelt, um den vom Design geforderten Verformungs- und Festigkeitsbedingungen gerecht zu werden. Letztendlich wird die Wundstruktur zu einem leichten und hochfesten Verbundteil ausgehärtet.
Anwendung der Fiber Wrap-Technologie in der Prothesenherstellung
(1) Effiziente Produktion: Die Faserwickeltechnologie ermöglicht Automatisierung und präzise Steuerung, was die Produktion von Prothesen deutlich beschleunigt. Im Vergleich zur herkömmlichen manuellen Produktion kann durch das Faserwickeln in kurzer Zeit eine große Anzahl hochwertiger Prothesenteile hergestellt werden.
(2) Kostensenkung: Die Faserwickeltechnologie kann die Herstellungskosten von Prothesen aufgrund der Verbesserung der Produktionseffizienz und der Materialausnutzung erheblich senken. Es wurde berichtet, dass die Einführung dieser Technologie die Kosten für Prothesen um etwa 50 % senken kann.
(3) Leistungssteigerung: Die Faserwickeltechnologie kann die Ausrichtung und Richtung der Fasern präzise steuern, um die mechanischen Eigenschaften der Prothese zu optimieren. Prothesenglieder aus kohlenstofffaserverstärktem Verbundwerkstoff (CFK) sind nicht nur leicht, sondern weisen auch eine äußerst hohe Festigkeit und Haltbarkeit auf.
(4) Nachhaltigkeit: Effiziente Produktionsprozesse und Materialausnutzung machen die Faserwickeltechnologie umweltfreundlicher. Darüber hinaus tragen die Haltbarkeit und das geringe Gewicht von Verbundprothesen dazu bei, die Ressourcenverschwendung und den Energieverbrauch des Benutzers zu reduzieren.
Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Faserwickeltechnologie ist ihre Anwendung in der Prothesenherstellung vielversprechender. In der Zukunft können wir uns auf intelligentere Produktionssysteme, eine vielfältigere Materialauswahl und personalisiertere Prothesendesigns freuen. Die Faserwickeltechnologie wird die Entwicklung der Prothesenherstellungsindustrie weiter vorantreiben und Millionen von Menschen auf der ganzen Welt Vorteile bringen, die Prothesen benötigen.
Forschungsfortschritte im Ausland
Steptics, ein führendes Unternehmen für die Herstellung von Prothesen, hat die Zugänglichkeit von Prothesen durch die Industrialisierung der Produktion von CFK-Prothesen mit der Fähigkeit, Hunderte von Teilen pro Tag herzustellen, erheblich verbessert. Das Unternehmen nutzt die Faserwickeltechnologie, um nicht nur die Produktivität zu steigern, sondern auch die Herstellungskosten zu senken und Hochleistungsprothesen für mehr Menschen in Not erschwinglich zu machen.
Der Prozess zur Herstellung der Carbonfaser-Verbundprothese von Steptics ist wie folgt:
(1) Ein großes Formrohr wird zunächst durch Faserwickeln hergestellt, wie unten gezeigt, wobei für die Fasern T700-Kohlenstofffasern von Toray verwendet werden.
(2) Nachdem der Schlauch ausgehärtet und geformt ist, wird er in mehrere Segmente geschnitten (unten links) und dann wird jedes Segment erneut in zwei Hälften geschnitten (unten rechts), um ein halbfertiges Teil zu erhalten.
(3) In der Nachbearbeitung werden die Halbzeuge individuell bearbeitet und dabei KI-gestützte Individualisierungstechnologien eingesetzt, um Eigenschaften wie Geometrie und Steifigkeit individuell an den Amputierten anzupassen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Juni 2024