{"id":26488,"date":"2021-01-11T16:00:08","date_gmt":"2021-01-11T15:00:08","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=26488"},"modified":"2021-01-08T09:24:39","modified_gmt":"2021-01-08T08:24:39","slug":"exoskelett-3d-gedruckte-fingergelenke-110120211","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/exoskelett-3d-gedruckte-fingergelenke-110120211\/","title":{"rendered":"3D-gedruckte Fingergelenke vervollst\u00e4ndigen das Exoskelett, um Schlaganfall-Patienten zu helfen"},"content":{"rendered":"

Die Deutsche Schlaganfall-Gesellschaft hat bekannt gegeben, dass alle 2 Minuten ein Mensch in Deutschland einen Schlaganfall erleidet. Bei einem Schlaganfall kommt es zu pl\u00f6tzlichen Ausf\u00e4llen bestimmter Funktionen des Gehirns, die aufgrund einer Durchblutungsst\u00f6rung des Gehirns oder einer Blutung einsetzen. Leider bleiben diese Ausfallerscheinungen, wie L\u00e4hmungen oder St\u00f6rungen in der Bewegung und Sprache, oft auch noch nach dem Schlaganfall erhalten. Betroffene werden daher in der Rehabilitation von Physiotherapeuten unterst\u00fctzt, um Bewegungen neu zu erlernen. Im Fall einer Bewegungsst\u00f6rung der Hand wird beispielsweise das Greifen von Dingen trainiert. Zur Unterst\u00fctzung des Trainings, entwickelten Forscher der ETH Z\u00fcrich das Exoskelett. Um eine optimale Kraft\u00fcbertragung zu erm\u00f6glichen, stellte <\/span>igus,<\/span><\/a>\u00a0ein K\u00f6lner Unternehmen, das seit Jahrzehnten Bauteile aus Hochleistungskunststoff f\u00fcr die Industrie entwickelt, 3D-gedruckte Fingergelenke f\u00fcr das Exoskelett her.<\/span><\/p>\n

Wie funktioniert das Exoskelett?<\/h3>\n

Das Exoskelett besteht aus einem Handmodul, einem Sensorarmband und einem Rucksack. Das Handmodul wird mit hilfe von Lederriemen an der Hand des Patienten befestigt, w\u00e4hrend er das Armband und den Rucksack wie gewohnt tr\u00e4gt. Wenn der Patient zu einer Bewegung ansetzt, leitet das Armband elektromyografische (EMG) Signale an einen Minicomputer, der sich mit Motoren, Batterien und der Steuerelektronik im Rucksack befindet, weiter. Dieser erkennt anhand der eingehenden Daten, dass der Patient eine Greifbewegung ausf\u00fchren m\u00f6chte und aktiviert die Motoren. Die Motoren strecken und beugen die Blattfedern, welche die Finger des Exoskeletts darstellen. <\/span>\u201ePro Finger bringt das Exoskelett eine Kraft von sechs Newton auf“<\/span><\/i>, sagt Jan Dittli, Forscher am ETHZ-Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie. Damit soll das Exoskelett 80% der t\u00e4glichen Bewegungen abdecken.\u00a0<\/span><\/p>\n

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Mit dem Exoskelett soll der Patient bis zu 500 Gramm heben k\u00f6nnen. | Bildnachweis: Stefan Schneller (ETH Z\u00fcrich)<\/p><\/div>\n

FDM-Druck eignete sich nicht f\u00fcr alle Komponenten<\/h3>\n

Damit sich das Exoskelet f\u00fcr den t\u00e4glichen Bedarf eignet, griffen die Forscher auf die additive Fertigung<\/a> zur\u00fcck, um das Gewicht zu reduzieren. Der <\/span>FDM-Druck<\/span><\/a> ist aufgrund seiner vergleichsweise geringen Kosten, seiner einfachen Handhabung und Schnelligkeit vor allem f\u00fcrs <\/span>Rapid Prototyping<\/span><\/a> geeignet. So kam er auch bei der Prototypenentwicklung des Exoskeletts zum Einsatz. Aus ABS wurden sowohl der Handr\u00fccken, als auch die Fingergelenke gedruckt, allerdings mit unterschiedlichen Ergebnissen. W\u00e4hrend sich die FDM-Technologie und das Material f\u00fcr den Handr\u00fccken als geeignet erwiesen, waren beide aufgrund der anspruchsvollen Funktionsweise f\u00fcr die Fingergelenke unzureichend. Zum einen halten die Fingergelenke die drei \u00fcbereinander liegenden d\u00fcnnen Blattfedern aus rostfreiem Stahl zusammen, zum anderen verf\u00fcgen sie \u00fcber einen Schlie\u00dfmechanismus f\u00fcr die Lederriemen. Aus <\/span>ABS<\/span><\/a> 3D-gedruckte Fingergelenke erzeugten zu viel Reibung wie Dittli erkl\u00e4rt: <\/span>\u201cDie Reibung zwischen den Gelenken und den Blattfedern w\u00e4re bei diesem Material zu hoch gewesen. Dadurch w\u00e4re uns bei der Bewegung der Finger zu viel Energie verloren gegangen.“ <\/span><\/i>Au\u00dferdem konnte der <\/span>FDM-Drucker<\/span><\/a> die Fingergelenke nicht mit der erforderlichen Aufl\u00f6sung drucken. Aus diesem Grund wandten sich die Forscher an igus.<\/span><\/p>

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\"Exoskelett

Links sind die einzelnen Komponenten eines Fingers zu sehen, links die Blattfedern und rechts die aus Iglidur I6 gedruckten Fingergelenke. Rechts sieht man den fertig montierten Finger. | Bildnachweis: Stefan Schneller (ETH Z\u00fcrich)<\/p><\/div>\n

3D-gedruckte Fingergelenke aus Hochleistungskunststoff<\/h3>\n

Durch <\/span>igus 3D-Druckservice<\/b><\/a> erhielten die Forscher Zugriff auf das Selektive Lasersintern (SLS) und den von igus entwickelten Hochleistungskunststoff<\/span> iglidur I6. Mit dem <\/span>SLS-Druck<\/span><\/a> war es m\u00f6glich die feine Struktur der Fingergelenke ohne St\u00fctzstrukturen herzustellen, so dass man diese ohne Nachbearbeitung direkt einsetzen kann. Au\u00dferdem lassen sich die Exo-Skelette damit kosteng\u00fcnstig individuell an den Patienten anpassen, wie Dittli hervorhebt:<\/span> \u201eWir haben einen Algorithmus entwickelt, um das digitale Modell des Exoskeletts mit wenigen Klicks an die Handgr\u00f6\u00dfe des Patienten anzupassen.<\/span><\/i>“ Dieses Modell kann dann bei igus hochgeladen werden, wird i.d.R. \u00fcber Nacht gedruckt, so dass die 3D-gedruckten Fingergelenke bereits nach wenigen Tagen verbaut und eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/span><\/p>\n

Dank <\/span>iglidur I6<\/b><\/a> verf\u00fcgen die 3D-gedruckten Fingergelenke au\u00dferdem \u00fcber die erforderte Z\u00e4higkeit und Abriebfestigkeit, da es <\/span>tribologisch optimier<\/b>t ist und <\/span>speziell f\u00fcr bewegte Anwendungen<\/b> entwickelt wurde. Zudem integriert das SLS-Pulver Festschmierstoffe, was eine einfache Handhabung beg\u00fcnstigt, da keine Komponenten geschmiert werden m\u00fcssen. Laut igus soll die Lebensdauer des Materials aufgrund seiner Eigenschaften daher von keinem anderen Kunststoff zu schlagen sein.<\/span><\/p>\n

Auf diese Weise kann ein Exoskelett schnell, kosteng\u00fcnstig und leicht gedruckt werden. So soll das Handmodul gerade mal 148 Gramm wiegen und der Rucksack 720 Gramm, was ein entscheidender Vorteil gegen\u00fcber zu bisherigen L\u00f6sungen ist. Dittli erl\u00e4utert: <\/span>\u201eViele Exoskelette, die in der Rehabilitation zum Einsatz kommen, sind derzeit nicht tragbar. Unsere L\u00f6sung hingegen ist leicht und kompakt genug, um sich auch im Alltag zu bew\u00e4hren und kann somit den Therapiebereich erweitern.“ <\/span><\/i>Ein Ziel f\u00fcr die Zukunft ist es auf das Sensorarmband zu verzichten und stattdessen Hirnstr\u00f6me zu messen, um die Steuerung \u00fcber die Gedanken laufen zu lassen.<\/span> \u201eDas ist allerdings noch Zukunftsmusik.“<\/span><\/i><\/p>\n

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Das Exoskelett und seine 3 Komponenten, dem Handmodul, dem Sensorarmband und dem Rucksack | | Bildnachweis: Stefan Schneller (ETH Z\u00fcrich)<\/p><\/div>\n

Was denken Sie \u00fcber die Integration der 3D-gedruckten Fingergelenke in das Exoskelett? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook,\u00a0<\/a>Twitter<\/a>,\u00a0\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0oder\u00a0Xing<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter.<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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