bachelorstudiengang · zertifizierung, audit, din en iso 9000 ff . exkursionen und Übungen zum...
TRANSCRIPT
Bachelorstudiengang
Medizintechnik
1) Vorstellung Ergänzungsmodul E11
„Total Quality Management und unternehmerisches Handeln“
2) Vorstellung Kompetenzfeld K11
„Werkstoffe für medizinische Anwendungen“
• Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe (Prof. Gadow)
• Werkstofftechnik und –simulation (Prof. Schmauder)
• 3 Credit Points
• wahlweise im Winter- oder Sommersemester
• Do, 9:45-11:15, wöchentlich
• Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB),
Allmandring 7b, Zimmer 2.05
Ergänzungsmodul E11
Total Quality Management und
unternehmerisches Handeln
o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Rainer Gadow
Inhaltliche Orientierung zum Seminar
3
Teil I: KAIZEN-Strategien
kennen lernen, verstehen, selbst entwickeln, anwenden
Konzepte
vergleichende Betrachtungen
Verlustvermeidungsphilosophie
Teil II: Qualitätstechniken
FMEA - Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse
Qualitätstechniken im weiteren Sinn, Hilfstechniken
Werkzeuge (Sieben Statistische Werkzeuge Q7, die Neuen
Sieben M7)
Quality Function Deployment (House of Quality)
Teil III: Statistische Prozessregelung
Prozessfähigkeitsuntersuchung, Regelkarten
statistische Prozessüberwachung bzw. -regelung
Teil IV: Qualitätsmanagementsysteme
Zertifizierung, Audit, DIN EN ISO 9000 ff
Exkursionen und Übungen zum Seminar
4
Exkursionen:
Besuch mittlerer und großer Unternehmen der Region
• Wie wird Total Quality Management umgesetzt und welche
Schwierigkeiten ergeben sich aus der industriellen Praxis?
• Welche Unterschiede existieren in den verschiedenen Unternehmen?
Übungen:
Selbstständige Bearbeitung einer Fallstudie in kleinen Gruppen
• Analyse der Situation und Erarbeiten einer Strategie unter der
Verwendung der gelernten Werkzeuge.
• Welche miteinander konkurrierenden Lösungen kommen in Betracht?
Kompetenzfeld K11
Werkstoffe für medizinische
Anwendungen
o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Rainer Gadow
Module des Kompetenzfelds ……
Das Kompetenzfeld besteht aus 2 Modulen:
13040 Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe
- Modulverantwortlicher: o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c. mult. Rainer Gadow
- findet im WS+SS statt, kann zu jedem Semester begonnen werden.
- Dauer: 2 Semester.
14280 Werkstofftechnik und -simulation
- Modulverantwortlicher: Prof. Dr. rer. nat. Siegfried Schmauder
- findet im SS statt.
- Dauer: 1 Semester.
Lehrziele der Module
13040 Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe
(o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c. mult. Rainer Gadow, apl. Prof. Dr. rer. nat. Andreas Killinger)
Studenten können: z.B. Systematik der Faser- und Schichtverbundwerkstoffe und
charakteristische Eigenschaften der Werkstoffgruppen unterscheiden, beschreiben und
beurteilen. Verstärkungsmechanismen benennen und erklären. Technologien zur Verstärkung
von Werkstoffen benennen, vergleichen und auswählen. Verfahren und Prozesse zur
Herstellung von Verbundwerkstoffen und Schichtverbunden benennen, erklären, bewerten,
gegenüberstellen, auswählen und anwenden. Herstellungsprozesse hinsichtlich der techn. und
wirtschaftl. Herausforderungen bewerten.
14280 Werkstofftechnik und -simulation
(Prof. Dr. rer. nat. Siegfried Schmauder)
Die Studierenden haben fundierte Kenntnisse über das Verhalten von Werkstoffen unter
verschiedenen Beanspruchungen. Sie haben die Fähigkeiten, das Werkstoffverhalten mit Hilfe
von entsprechenden Stoffgesetzen zu beschreiben und in eine Werkstoffsimulation
umzusetzen.
Basiskompetenzen aus dem Grundstudium
Basismodul „Materialien für Implantate“:
Anforderungen an Werkstoffe in der Medizintechnik (Implantate,
Medizinische Geräte);
Systematik der Werkstoffgruppen;
Grundlagen der Polymere, Metalle, keramischen Werkstoffe &
Verbundwerkstoffe
Basismodul „Einführung in die Festigkeitslehre“:
Festigkeitsberechnung (Zug und Druck, Biegung, Schub, Torsion)
Schwingende Beanspruchung
Allgemeiner Spannungs- und Verformungszustand, Kerbwirkung
Konstruktion und Berechnung der Maschinenelemente
Veranstaltungen des Kompetenzfelds…..
13040 Fertigungsverfahren Faser- und Schichtverbundwerkstoffe
- Vorlesung Verbundwerkstoffe I: Anorganische Faserverbundwerkstoffe
im WS, Di. 08:00-09:30 Uhr, wöch., Universitätsstr. 38 – V38.03(Vst.-Nr. 3605211)
- Vorlesung Verbundwerkstoffe II: Oberflächentechnik und Schichtverbundwerkstoffe
im SS, Di. 08:00-09:30 Uhr, wöch., Pfaffenwaldring 55 –V55.01(Vst.-Nr. 3606211)
zusätzlich: - Exkursion Fertigungstechnik Keramik und Verbundwerkstoffe
- Praktikum Verbundwerkstoffe mit keramischer und metallischer Matrix
- Praktikum Schichtverbunde durch thermokinetische Beschichtungsverfahren
Produktentwicklung mit neuen Werkstoffen –
Bauweisen und Fertigungsverfahren z.B. Herzschrittmacher, Hörgeräte, Implantate für den Patienten. Ebenso
Röntgengeräte, Computertomographie, Magnetresonanz, usw..
Absolventen der medizinischen Technik mit Vertiefung „Werkstoffe für medizinische
Anwendungen“ sind vor allem in der medizintechnischen Industrie und in
einschlägigen Forschungsinstituten tätig. Neben dem klassischen Einsatzgebiet
Entwicklung, können sie auch in der Qualitätssicherung, im Vertrieb, im Kundendienst
oder in der Beratung ihr Wissen einbringen.
Möglich Berufsfelder:
Design und Entwicklung medizinischer Produkte und Verfahren für klinische
Anwendungen
Design, Entwicklung und Fertigung von Endoprothesen und avitalen/vitalen
Implantaten
Projektierung, Konstruktion und Fertigung von medizinischen Geräten und
Instrumenten
Betrieb und Serviceleistungen moderner Labor-, Diagnostik- und
Therapiegeräte
Mittelohrimplantat
© Heinz Kurz GmbH
Stents (TiNi)
BVMed-Bilderpool
Aufbau Hüftgelenk
Hüftpfanne, -köpfe,
Kniegelenk, usw.
CeramTec AG
Infusionsbeutel und -
Schläuche, Spritzen
http://www.chemgapedia.de
Prothesen
Anlagen
Produktentwicklung mit neuen Werkstoffen –
Bauweisen und Fertigungsverfahren
immer komplexere Lastenhefte für hochbelastete Strukturbauteile:
niedrige Dichte
Leichtbaustrukturen (Einsparung primärer Energieträger,
Emissionsreduzierung - Schadstoffnormen, verbesserte Ökobilanz)
technische Leistungsfähigkeit
mechanische Eigenschaften
(hohe Festigkeit, E-Modul, schadenstolerantes Versagensverhalten)
thermische und chemische Beständigkeit
tribologische Eigenschaften (Reibungskoeffizient, Verschleiß)
komplexe Anforderungsprofile begrenzen
den Einsatz konventioneller
monolithischer Bauteile
Warum Verbundwerkstoffe?
Maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe für jeden
Temperaturbereich
Matrix Verstärkungsphase RT 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
PMC
Epoxy
Phenole
Polyimide
Glasfasern
Kohlenstofffasern
Aramidfasern
MMC
Aluminium
Titan
Magnesium
Kohlenstofffasern
SiC – Partikel
Al 2 O 3 – Fasern
CMC
(Si)SiC
Al 2 O 3
Si 3 N 4
Kohlenstofffasern
Al 2 O 3 – Fasern
SiC – Fasern
Einsatztemperatur [°C] Beispiele
2400 ...
Verbundwerkstoffe – Einteilung nach Matrices
halbtrocken
Zwischenlagerung vor
Weiterverarbeitung
trocken
thermoplastische
Matrix
‚preimpregnated material‘
(seit den 60er Jahren, Fa. Boeing, davor
fast nur manuelle Nasslaminierverfahren)
(Vorteil: Qualitätsverbesserung
da bessere Lamination möglich) (Vorteil: Automatisierungspotential)
Halbzeuge
generell für halbfertige Bauteile (Bleche, Platten,
Profile), die zu dem gewünschten Endprodukt
weiterverarbeitet werden
Fadenhalbzeuge
Halbzeuge aus Fasern
(Fäden, Gewebe, Matten, Vliese)
nass
direkte
Weiterverarbeitung
Prepregs
in Matrix getränkte Fadenhalbzeuge
(Trennung der Fasertränkung von der Formgebung)
Terminologie PMC-Fertigungstechnik
Vorteile: (im Vergleich zur
Niederdruckautoklaven-
Technik) niedrige Taktzeiten
komplexe Bauteilstrukturen möglich
Herstellung von Sandwich-Bauteilen
mit schubfestem Kern (Balsaholz,
technische Schäume (z.B. PVC)
Nachteile: hohe Fasergehalte (bis 50
vol.%) erhöhen die Taktzeiten
komplexe, hochreaktive und teuere
Harzsysteme notwendig
Injizierung hochreaktiver Harzsysteme in eine geschlossene Form unter Vorlage trockener,
vorgeformter Verstärkungsstrukturen (Tränkung und Formgebung in einem Verfahrensschritt ->
Nassverfahren)
Vorraussetzung: spezielle, niederviskose Harzsysteme
Unterscheidung verschiedener Verfahren je nach Einspritzdruck des Harzes:
SRIM (structural injection molding, p>20bar), RTM (p<6bar), VARI (vacuum assisted resin infusion)
Resin Transfer Moulding (RTM)-Technik
Multidirektionales, quasiisotropes Laminat mit symmetrischem Aufbau
Vermeidung von Bauteilverzug und Verwindungen, Spannungsrissen durch anisotrope
Ausdehnungskoeffizienten der Fasern
exakte Ablegepläne (Lagenzahl, Lagenwinkel) symmetrischer Lagenaufbau
Vermeidung von Winkelsprüngen > 45°
Quelle: R&G, Faserverbundwerkstoffe Handbuch; Edition 06/2009
Prepreg-Autoklavverfahren - Lamination
Herstellung eines Monocoques (Toyota F1)
Quelle: Toyota Motorsport GmbH (TMG)
Autoklav (Les Mureaux)
Copyright : © EADS SPACE Transportation
Quelle: Pagani Automobili S.p.A.
Prepreg-Autoklavverfahren - Anwendungen
Beschichtung von Implantaten
Zusammensetzung natürlicher Knochen: Ca8,3(HPO4,CO3)1,7(PO4)4,3(CO3,OH)0,3
Überwiegende Calciumphosphatphase: Hydroxylapatit [HA, Ca10(PO4)6(OH)2]
(70 % in weight, 50 % in vol.)
Thermisch gespritzte HA-Schicht auf
einer Ti-Prothese
Siemens Siemens
IFKB
Beschichtete Dentalimplantate
• Metallkundliche Grundlagen
• Mechanisches Verhalten der Werkstoffe
• Stoffgesetze
• Neue Werkstoffe
Kunststoffe
Polymer-Schäume
Holz
Riß para
llel z
ur
Mase
rung
Riß s
enkrech
t zur
Mase
rung
Verbund-werkstoffe
Legierungen
Ingenieur-Keramiken
Cermets
Eis
poröse Keramiken
0,1
10
1,0
100
1000
0,010,01 0,1 1 10 100 1000
Elastizitätsmodul E in GPa
Bru
chzä
higz
eit K
in M
Pam
1C
1/2
http://www.apotheken-umschau.de
Berechnung und Simulation von Bauteilen und
Systemen in der medizinischen Technik
• Atomistik
• Kristallplastizität
• Versetzungstheorie
• Mikrostrukturmechanik
• Mesomechanik
• Makromechanik
• Bruchmechanik
• Schädigungsmechanik
Berechnung und Simulation von Bauteilen und
Systemen in der medizinischen Technik
Vielen Dank !!!
Kompetenzfeld – Werkstoffe für med. Anwendungen