DER KONSTRUKTEUR 4/2016

Simulation und Konstruktion
gehen Hand in Hand
Die neuen, sehr leistungsfähigen Simulationsprogramme
beziehen heute eine große
Bandbreite an physikalischen und chemischen
Vorgängen ein. Selbst das Strömungsverhalten
von Blut in den Adern,
wenn der Blutdruck oder die Herzfrequenz
steigen, oder mechanische Verformungen
des Gewebes durch Bewegungen oder die
Wärmeverteilung im Gewebe lassen sich
jetzt berücksichtigen. Dies macht ganz
neue Produktentwicklungen möglich, wie
das Beispiel eines Stents zeigt, den Experten
von Dassault Systèmes in einem aktuellen
Entwicklungsprojekt erstellt haben.
Stents weiten verstopfte Arterien und
sind durch das elastische Gewebe des
Blutgefäßes und den Blutfluss hohen
Die Simulation wird
heute zum maßgeblichen
Entwicklungstreiber
mechanischen Belastungen ausgesetzt.
Trotzdem sollen sie möglichst nie ausgetauscht
werden. Die Projektteilnehmer
hatten das Metallgeflecht eines herkömmlichen
Stents im CAD-Programm Solidworks
konstruiert und dann mit der Finite-Elemente-Analyse
auf mechanische Belastung
mit Blick auf die Lebensdauer untersucht.
Vor allem an den engen Biegeradien des
Metallgeflechts kam es zu hohen Belastungen,
die im ungünstigen Fall im Lauf der
Jahre zu Brüchen führen können. Die Elastizität
des Stents und damit seine Fähigkeit,
das Blutgefäß offen zu halten, wäre
nicht mehr zuverlässig gegeben gewesen.
In einem iterativen Prozess zwischen Konstruktion
und Berechnung entwickelten
die Experten schließlich einen optimalen
Stent, der an den neuralgischen Stellen
geringere Belastungsspitzen aufweist und
dadurch haltbarer ist.
Hersteller von Medizinprodukten können
mit solchen Simulationsanwendungen die
Funktion und Sicherheit eines Medizinprodukts
deutlich steigern. Selbst der Entwurf
körpereigener Bauteile wie beispielsweise
Hüft- oder Kniegelenke lässt sich
damit per Mausklick auf ihre korrekte
Funktion im Körper hin simulieren. Deuten
sich Probleme etwa bei der Stabilität
an, kann die Konstruktion im CAD-Programm
verändert werden. Durch diese
Rückkopplung aus Konstruktion und
Simulation lassen sich neue Produkte
schnell und kostengünstig optimieren,
noch bevor der erste Prototyp hergestellt
und am Patienten getestet wurde. Mehr
noch: Mit der beschriebenen Methode
rückt die individualisierte Medizintechnik
ein großes Stück näher. Denn weil
jeder Körper anders ist und jeder Patient
ein anderes Krankheitsbild hat, können
so auch Medizinprodukte individuell
gestaltet werden. Ein dem Patienten implantiertes
Hüftgelenk wird zukünftig
also nicht nur bezogen auf die Funktion
optimal ausgelegt sein, es wird auch personalisiert
sein und damit perfekt zum
Patienten passen.
Das Zahninlay, das anhand eines digitalen
Abdrucks des vorhandenen Zahns
in einer halben Stunde passgenau aus
einem Keramikmaterial herausgefräst
wird, steht für diesen Trend hin zur Individualisierung.
Auch andere Implantate
werden in Zukunft mehr als nur ein Ersatzteil
von der Stange sein.
Bilder: Dassault Systèmes
www.3ds.com/de
Individualisierte Medizinprodukte
Volkmar Schönfeld: „Neue Entwicklungen in
der Simulationstechnologie ermöglichen es
Medizinern, mit einer 3D-Brille vor einem Bildschirm
in ein schlagendes Herz einzutauchen.
Das Projekt Living Heart von Dassault Systèmes
ist keine Spielerei sondern unterstützt dabei,
komplizierte Operationen zu planen“
Der Konstrukteur 4/2016 31
Goodfellow.indd 1 21.01.2014 08:51:32