■ [ FOKUS FORSCHUNG ] Wearable überwacht Lungenfunktionen Diagnose | Bei Atemwegs- oder Lungenerkrankungen sollen Sensoren in einer Weste den Mediziner unterstützen. Messwerte analysiert die zugehörige Software. (Bild: Fraunhofer IKTS) Auch eine Form von Wearable: In der Vorder- und Rück - seite dieser Textilweste sind Akustiksensoren integriert, die den Thorax abhören Verstärkung für das Stethoskop: Im Projekt Pneumo.Vest haben Forscher eine Textilweste entwickelt, in deren Vorderund Rückseite Akustiksensoren auf Piezokeramik-Basis eingearbeitet sind. Diese registrieren rund um den Thorax jedes noch so leise Geräusch, das die Lunge produziert. Eine Software nimmt die Signale auf und gibt diese elektrisch verstärkt aus. Entwickelt haben die Weste Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS am Standort Berlin. Ein Display, auf dem eine visuelle Darstellung der Lunge erscheint, ergänzt die Weste. Da die zugehörige Software die Position jedes einzelnen Sensors kennt, platziert sie dessen Daten an der entsprechenden Stelle. Ergebnis: Es entsteht ein detailreiches akustisches wie optisches Szenario der Belüftungssituation aller Lungenbereiche. „Der Mehrwert unserer Technik“ erläutert Ralf Schallert, Projektleiter am Fraunhofer IKTS, „besteht darin, dass sie ähnlich wie ein Langzeit-EKG die kontinuierliche Überwachung der Lunge erlaubt.“ Das unterscheidet Pneumo.Vest von den Momentaufnahmen, die ein Stethoskop ermöglicht. Da das System die Daten permanent erfasst und speichert, kann die Untersuchung zu jedem beliebigen Zeitpunkt ohne Beisein des Krankenhauspersonals erfolgen. Auch zeigt Pneumo.Vest den Status der Lunge im zeitlichen Verlauf an, also beispielsweise über die vergangenen 24 Stunden. Während der Untersuchung muss der Patient nicht an Geräte auf der Intensivstation angeschlossen sein, sondern kann sich in der Normalstation aufhalten. Mit der Software kann der Arzt das akustische Geschehen in einzelnen Lungenbereichen betrachten. Algorithmen filtern den Herzschlag heraus und verstärken charakteristische Frequenz - bereiche. Lungengeräusche sind dann deutlicher hörbar. Die Forschenden entwickeln darüber hinaus Machine-Learning-Algorithmen, um die Geräuschkulisse zu strukturieren und zu klassifizieren. 3D-Druck Implantate für den Dentalbereich – additiv gefertigt mit passender Struktur Lasertechnik 3D-Mikrostrukturen mit dem Laser fertigen Gitterstrukturen, wie beispielsweise bei diesen Bauteilen, sollen die Implantate belastbar und langlebig machen (Bild: LZH) An haltbareren Zahnimplantaten arbeitet das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) im Rahmen einer DFG-Forschungsgruppe. Dabei wollen die Wissenschaftler Implantate aus Ti6Al-4V mit einer innovativen Gitterstruktur additiv so fertigen, dass sich die Porosität des Zahnersatzes einstellen lässt: Implantate, die im Elastizitätsmodul der Steifigkeit des menschlichen Knochens angepasst sind, gelten als besonders langlebig. Die Steifigkeit wollen die LZH-Forscher durch eine innerhalb des Bauteils variierende Gitterstruktur gradieren. Idealerweise sollte diese an vorgegebene Belastungsszenarien angepasst werden. Im Projekt werden auch die Prozessbedingungen des laserbasierten Pulverbettverfahrens, wie etwa die Laserleistung, untersucht. Das bringt Erkenntnisse dazu, wie Prozess- und Geometrieparameter die Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften, Oberflächentopographie sowie Korrosions- und Versagenseigenschaften der Implantate beeinflussen. Mit diesen Informationen sollen dann Implantate reproduzierbar gefertigt werden, deren Eigenschaften sich individuell und präzise einstellen lassen. Die Forschungsgruppe „Mechanismenbasierte Charakterisierung und Modellierung von permanenten und bioresorbierbaren Implantaten mit maßgeschneiderter Funktionalität auf Basis innovativer In-vivo-, In-vitro- und In-silico-Methoden“ an der TU Dortmund wurde Ende 2021 von der DFG ins Leben gerufen. Um dreidimensionale, photonische Komponenten aus Glas automatisiert her - zustellen, wollen Forscher das selektive Laser-induzierte Ätzen und das inverse Laserstrahlbohren nutzen. Im Projekt Lar3s – „Lasergenerierte dreidimensionale photonische Komponenten“ bündeln Mitarbeiter aus dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL), dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC ihr Wissen. Beim inversen Laserstrahlbohren wird der Laserstrahl durch das Bauteil hindurch auf die Rückseite fokussiert und mittels Scanner über die abzutragende Fläche bewegt. So lassen sich Strukturen in den Faserrohling einbringen. Das Entfernen der Reststoffe aus den Bohrlöchern ist ein weiterer Aspekt. Beim Selektiven Laser-induzierten Ätzen wird der transparente Werkstoff mit fokussierten ultrakurz gepulsten Laserstrahlen rissfrei strukturiert. Das verändert seine chemischen Eigenschaften so, dass er selektiv ätzbar wird. 62 medizin&technik 05/2022
Pulverbaukasten für flexiblen 3D-Druck 3D-Druck | Ein maximal flexibles Fertigungsverfahren, aber eine begrenzte Werkstoffpalette: Das soll sich mit einem Pulverbaukasten für das pulverbasierte Laserstrahlschmelzen (LPBF) ändern. Unter den Verfahren der additiven Fertigung ist das pulverbasierte Laserstrahlschmelzen (LPBF) wohl das bekannteste. Es hat großes Potenzial für die industrielle Anwendung. Dennoch ist die Palette verfügbarer Werkstoffe mit weniger als 30 Varianten bisher sehr überschaubar – wohingegen es für klassische Produktionsprozesse hunderte verschiedene Stähle, Aluminiumlegierungen, verschleißfeste Kobalt-Chrom-Legierungen und vieles mehr für jede spezifische Anwendung gibt. Wie sich aus einer kleinen Auswahl verschiedener Metallpulver Mischungen herstellen lassen, die genau die gewünschten Materialeigenschaften aufweisen, haben Forscher am Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM) der RWTH Aachen und am Fraunhofer IFAM untersucht. Mit dem von ihnen (Bild: Fraunhofer IFAM ) 3D-Druck mittels Laserstrahl: Aus wenigen Grundmaterialien Werkstoffe mit verschiedenen Materialeigenschaften zusammenstellen – das ist das Konzept des LPBF-Pulverbaukastens entwickelten Pulverbaukasten kann der Anwender also eine Legierung nach seinen Wünschen einstellen. Dafür enthält der Baukasten beispielsweise Eisenbasispulver mit und ohne Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Molybdän und Titancarbid. Die Eigenschaften der geplanten Pulverzusammensetzung werden mittels thermodynamischer Simulationsmethoden ermittelt. Das Pulver wird durch angepasste Misch- und Homogenisierungsverfahren aufbereitet. Anschließend werden die Prozessparameter bestimmt und der Werkstoff durch mikrostrukturelle Charakterisierung und Prüfung der mechanischen Eigenschaften qualifiziert. Maßgeschneiderte, korrosionsbeständige Edelstähle wurden so durch Legieren hergestellt. Eine Fortsetzung des im April 2022 ausgelaufenen Projekts ist beabsichtigt. Nächste Schritte sind das automatisierte Berechnen und Einstellen der Pulvermischung für die spezifische Produktentwicklung. 1793053-1.PDF - Januar 5, 2022 x Mikro-Schlauchverbinder für die Analytik und Labortechnik www.rct-online.de Mikro-Schlauchverbinder und Verschraubungen • Viele Ausführungen und Verbindungsmöglichkeiten Luer-Lock-Adapter, Schlauchtüllen, Schlauchverschraubungen, Tri-Clamp-Verbinder, Kapillar-Verbinder, Steckverbinder • Gefertigt aus hochwertigen Werkstoffen Fluorkunststoffe, Edelstähle, Polyolefine, Polyamide u.v.m. • Chemikalienresistent, temperaturbeständig und sterilisierbar Mit Zulassungen nach FDA und USP Class VI Reichelt Chemietechnik GmbH + Co. Englerstraße 18 D-69126 Heidelberg Tel. 0 62 21 31 25-0 Fax 0 62 21 31 25-10 rct@rct-online.de EINZIGARTIGE DISPLAYS NACH MASS Ihr Experte für kundenspezifische Displays TFT LCD TOUCH LED OLED DISPLAYSYSTEME 05/2022 medizin&technik 63 www.dmbtechnics.com
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