Netzwerkpartner
 

Die OHST Medizintechnik AG, ein mittelständisches Familienunternehmen mit über 80-jähriger Geschichte in der Entwicklung und Fertigung von Präzisionsbauteilen, ist als Implantathersteller der maßgebliche Industriepartner im Kooperationsnetzwerk. Mitte der 1980er Jahre erfolgte der Einstieg in die Fertigung von Gelenkimplantat-Systemen, was den Kern des heutigen Unternehmens bildet.

Die OHST Medizintechnik AG hat sich europaweit als kompetenter Komplettlieferant und Full-Service-Provider für die Entwicklung, Zulassung und Fertigung von Implantat-Systemen und Instrumenten etabliert. Der Hauptmarkt liegt historisch begründet noch in Deutschland, obgleich in den vergangenen 5 Jahren der Exportanteil über 60% gesteigert werden konnte.

Die OHST Medizintechnik AG hat bezüglich der Fertigungstechnologie gegenüber vielen Wettbewerbern einen Technologievorsprung durch das Vorhalten aller für die Herstellung und Sterilverpackung notwendigen Technologien im eigenen Hause. Die aus dem Netzwerk heraus beantragten Projekte und zu entwickelnden Erzeugnisse sollen das vorhandene hohe Prozess-Know-How in Entwicklung und Fertigung durch eigene Produkt- und Systemlösungen ergänzen und die internationale Ausrichtung stärken.

Die Orthopädische Universitätsklinik Magdeburg mit ihren umfassenden Erfahrungen sowohl in der Endoprothetik und der rekonstruktiven Gelenkchirurgie bringt das medizinische Rational, also die klinische Relevanz mit entsprechenden medizinischen Indikationen und dem zu erwartenden Nutzen, in das Kooperationsnetzwerk ein. Weiterhin kann auf deren umfassende technische Ausrüstung zur Simulation und Bewertung der Vorgänge in Implantaten zurückgegriffen werden.

Zum breiten Spektrum der wissenschaftlichen Tätigkeit gehören Untersuchungen zur Regulation von Knochenzellen durch Implantate, zur Vermeidbarkeit von Allergien auf Implantate, die Weiterentwicklung der Regenerativen Medizin/ Tissue Engineering und von Verfahren zum Knochen- und Knorpelersatz sowie die Schadensfallanalysen von Endoprothesen und der Therapie von Knochendefekten.

Im Projekt „HypOrth“ liegen die Forschungsschwerpunkte insbesondere auf der Charakterisierung der Überempfindlichkeitsreaktion bei Metall-Metall-Gleitpaarungen von Hüftendoprothesen und der Biofilmabrasion bakterienbesiedelter Implantate mittels Ultraschall. Grundlegend verfolgt das Projekt demnach zwei Zielstellungen, zum einen werden die Ursachen für Komplikationen, vor allem immunologische Abwehrreaktionen und Infektionen, ergründet. Zum anderen werden, basierend auf diesen Erkenntnissen, neuartige orthopädische Implantate mit verbesserter Biokompatibilität entwickelt. Den Mittelpunkt des Projekts bildet jedoch die Entwicklung von hypoallergenen Materialien für Endoprothesen. Folglich bringt die Orthopädische Universitätsklinik ihre umfassenden Erfahrungen mit bislang am Markt verfügbaren Prothesen und Implantaten ein und stellt Patienten zur Verfügung, bei denen ein Gelenksersatz oder eine Revision notwendig werden. Seit Jahren wird hier am Ziel eines inerten, d.h. antibakteriellen und hypoallergenen Implantats gearbeitet. Diese Anforderungen ergänzen die nach Verschleißfreiheit in bester Weise.

An der Orthopädischen Universitätsklinik Magdeburg existiert überdies ein Endoprothetik-Zentrum, um die Versorgungsqualität der Patienten mit Endoprothesen ständig zu verbessern und zu überwachen. Hier werden jährlich über 1.000 Endoprothesen aller großen und kleinen Gelenke implantiert. Es erfolgen ca. 300 Wechsel von Endoprothesen des Hüft- und Kniegelenkes pro Jahr. Damit verfügt die Orthopädische Universitätsklinik Magdeburg über große Erfahrung in der Endoprothetik.

[Text wird gerade überarbeitet]

Die Hochschule Magdeburg-Stendal bündelt im Institut für Maschinenbau die für den FuE-Bereich Medizintechnik notwendigen Kompetenzen auf den Gebieten der Ingenieurwissenschaften. Der Bereich Innovative Fertigungsverfahren konzentriert sich auf die Gestaltung von modernen Fertigungsprozessen. Ein spezieller Schwerpunkt beschäftigt sich mit kraftgeregelten Bearbeitungsprozessen. Hierzu zählen Verfahren zur Oberflächenendbearbeitung, wie die Finishbearbeitung (Superfinish, Microfinish, Kurzhubhonen) und Verfahren zum Fügen von Bauteilen durch Reibschweißen. Modernste Fertigungsmesstechnik, insbesondere optische Oberflächenmesstechnik, bewerten Pre-, In- und/oder Postprozess-Qualitätsparameter. Mithilfe sensorisch überwachter und kontrollierter Maschinen und Prozesse wurden und werden innovative Verfahren entwickelt.

Neben Produktivitäts- und Qualitätssteigerungen lassen sich höchste Maß-, Form- und Oberflächenanforderungen in kürzester Bearbeitungszeit erzielen. Eine besondere Herausforderung stellen die Funktionsflächen an künstlichen Gelenken in der Medizintechnik dar. Analog zu Anwendungen im Maschinenbau, Gleitpaarungen zu entwickeln, die verschleißarm oder -frei arbeiten oder Bauteile zu konzipieren, die sich prozesssicher fügen lassen und im Produktleben nicht versagen, werden neue Ansätze zur Herstellung geeigneter Funktionsflächen an künstlichen Gelenken verfolgt. Durch den Transfer von Technologien zur Feinstbearbeitung in die Medizintechnik können hier entscheidende Qualitätsverbesserungen erreicht werden. Veränderte Werkstoffe, verbesserte Beschichtungsmethoden, präzisere Produktionstechniken, hochgenaue Fertigungsmesstechnik, neuartige Fertigungsverfahren und Bearbeitungsmethoden aber auch neue Konstruktionsformen bieten hier ein großes Potenzial, um ein Implantat gemäß der Zielstellung dieses Netzwerkes herzustellen.

Für die Bearbeitung von speziellen, anwendungsorientierten Aufgaben stehen innerhalb der Hochschule Magdeburg-Stendal bereits zahlreiche technische Einrichtungen und Laboratorien zur Verfügung, auf denen die Netzwerktätigkeit aufbaut.

Die HAAS Schleifmaschinen GmbH wird ihre mehr als achtzigjährige Schleifkompetenz in das Kooperationsnetzwerk mit einbringen. Diese basiert auf Erfahrungen im Bereich der Entwicklung sowohl von Schleifmaschinen und deren wesentliche Komponenten als auch Schleifsoftware und ist Garant für den nachhaltigen Erfolg im globalen Wettbewerb. Dabei haben die Maschinenbauer von HAAS einen klaren Anspruch: Sie entwickeln für jeden Kunden eine exakt auf seine Aufgabe zugeschnittene Schleiflösung zur Komplettbearbeitung und bauen „seine“ Maschine, die in puncto Präzision, Qualität und Wirtschaftlichkeit keine Wünsche offenlässt.

Seit 1934 werden Universalschleifmaschinen mit integriertem Messsystem gebaut, die hochpräzise Teile mit komplexen Strukturen und Geometrien herstellen, dabei zugleich wirtschaftlich, präzise und langlebig sind. HAAS entwickelt und baut Schleifmaschinen und deren wesentliche Komponenten, wie Schleifspindeln, kundenspezifische Spannvorrichtungen, Rund- und NC-Achsen, selbst. Gleiches gilt für Schleifsoftware, die im eigenen Hause entwickelt wird. HAAS-Kunden sind Premiumanbieter und kommen aus anspruchsvollen Branchen wie der Medizintechnik, der Getriebe- und Verzahnungsindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie oder der Präzisionswerkzeugbranche.

Zum Leistungsprofil der Atherma GmbH gehören die Entwicklung, die Herstellung und der Vertrieb von mittels Lasertechnologie behandelten Produkten sowie die Erbringung von Dienstleistungen auf dem Feld der athermischen Lasertechnologie.

Aufbauend auf langjähriger Forschung nutzt Atherma das „kalte“ Laserverfahren u.a. für die Materialstrukturierung mit durch andere Verfahren bisher nicht realisierbaren Ergebnissen. Die Materialumordnung der Oberflächen erfolgt durch rein atomare Kräfte bei allen Materialklassen, wobei das jeweilige Grundmaterial nicht beeinflusst wird. Das Kaltlasertechnikverfahren führt zu völlig neuen Produkteigenschaften, wie z.B. geänderten tribologischen Eigenschaften, Oberflächenhärtung (60 bis 70 GPa, Vickershärte ca. 4.000 bis 5.000 HV), Erzielung des Lotuseffekts oder Nachbildung einer "Haihaut". Im Kontext dieses Netzwerkes bedeutsam sind die Reibungsarmut sowie die biologischen Eigenschaften und die Schutzwirkungen der neuartigen Oberfläche, was diese für den Einsatz in Endoprothesen prädestiniert.

Mit Hilfe der Kompetenz der Atherma kann sich das Netzwerk zweier bedeutsamer Problemfelder annehmen, der aseptischen (die u.a. durch Abriebpartikel verursacht wird) als auch der septischen (durch Infektionen entstehenden) Prothesenlockerung. Die Atherma GmbH ist Know-How-Träger und Rechteinhaber für die Herstellung von nicht abplatzenden, extrem reibungsarmen und zugleich harten Oberfläche, deren Anwendung auf Endoprothesen deren Einsatz deutlich optimiert und für den Patienten sicherer macht, und weist somit ein Alleinstellungsmerkmal auf, um diese hochqualitativen Endprodukte zu generieren. Mit Hilfe der Netzwerkpartner sollen Implantate mit innovativer Funktionsoberfläche entstehen und diese Technologie zur Marktreife gebracht werden.

Die Beteiligung der AMETEK Germany GmbH als führendes Unternehmen für Präzisionsmessung ist ein wichtiger Baustein für die Qualitätssicherung der im Kooperationsnetzwerk zu entwickelnden Implantate. Hohe Anforderungen an die Zulassung von medizinischen Komponenten setzen eine lückenlos dokumentierte Qualitätssicherung voraus.

AMETEK vereint als Dachgesellschaft in Deutschland 20 Unternehmen aus der Prozesskontrolle und Prozesssteuerung, der Gerätekalibrierung, der Materialanalytik und der Präzisionsmesstechnik. Die Business-Unit ZYGO bietet hoch präzise Optiken und komplexe elektro-optische Komponenten. ZYGO Interferometer liefern zuverlässige und rückführbare Messergebnisse an hochwertigen und komplexen Bauteilen. Sie sind für die vielfältigsten berührungslosen und hoch genauen dreidimensionalen Messaufgaben an medizintechnischen Bauteilen einsetzbar, z.B. die Bestimmung von Oberflächenrauheit und Strukturen auf Implantaten, Verschleißmessungen an Hüft- oder Wirbelsäulen-Implantaten und die dreidimensionale Formmessung von sphärischen Implantaten. Damit ermöglichen ZYGO-Produkte eine schnelle, voll automatisierte Kontrolle von Form sowie Maßhaltigkeit und stellen die Zuverlässigkeit dieser Komponenten sicher.

Die Vorrichtungsbau Giggel GmbH wurde 1998 gegründet und ist spezialisiert auf den Vorrichtungs- und Prototypenbau sowie der Kleinserienfertigung. Seit 20 Jahren fertigt Giggel als zuverlässiger Zulieferer vorwiegend für die Automobilindustrie, den Maschinenbau sowie die Medizintechnik und verfügt über ein kompetentes Team von mehr als 100 Mitarbeitern aus den verschiedensten Bereichen. In der Forschung und Entwicklung für neue Produkte sind in der Regel 10 Mitarbeiter eingesetzt, um eine kontinuierliche Innovationsfähigkeit zu gewährleisten. Kooperationen mit verschiedenen Forschungseinrichtungen konnten diesen Effekt stärken. Darüber hinaus verfügt die Vorrichtungsbau Giggel GmbH über modernste Arbeitsplätze und Fertigungsmaschinen. Damit kann eine ganzheitliche Entwicklung vom ersten Entwurf bis zur Kleinserie für Auftragsfertigungen gewährleistet werden.

Elementare Leistungen der Vorrichtungsbau Giggel GmbH sind Konstruktion, Zerspanung, Umformtechnik, Fügetechnik (z.B. WIG-Schweißen), Lasertechnik, Oberflächenbearbeitung und Qualitätssicherung. Damit verfügt dieser Netzwerkpartner über das notwendige know-how, um die im Netzwerk erarbeiteten Ergebnisse einer konstruktiven Umsetzung zuzuführen.

Die Sondermaschinen Oschersleben GmbH entwickelt, plant, konstruiert und realisiert auf spezielle Bedürfnisse zugeschnittene Sondermaschinen. Dabei steht die technisch solide und zugleich wartungsfreundliche Anwendung im Vordergrund, die zugleich eine Fertigung mit effizientem Kosten-Nutzen-Verhältnis ermöglicht.

Zur Herstellung der Maschinen- und Anlagentechnik stehen ein Team aus motivierten Fachleuten und hochwertige Fertigungsmaschinen zur Verfügung. Die Realisierung von Sondermaschinen für Oberflächenbearbeitungs- und Beschichtungsprozesse, wie sie im Netzwerk betrachtet werden sollen, wäre der Beitrag der Sondermaschinen Oschersleben GmbH.

Als inhabergeführtes Ingenieurbüro führt die engelke engineering art gmbh seit 1997 zeitgemäßes Engineering in den Geschäftsfeldern Produktentwicklung, CAD-Konstruktion und FEM-Analysen aus. Mit den hochqualifizierten Mitarbeitern werden neue Produkte und innovative Konstruktionslösungen für den Maschinen- und Anlagenbau, Vorrichtungsbau, die Medizintechnik und Automobilzuliefererindustrie entwickelt. Bauteilanalysen auf Basis der Finite-Elemente Methode (FEM) zu den Schwerpunkten Festigkeit, Dynamik und Temperatur runden das Leistungsangebot ab.

Ausgehend von einer Idee, Skizze, einem Lastenheft oder Konstruktionsentwürfen erarbeitet die engelke engineering innovative Lösungen, die auf die individuellen Kundenbedürfnisse zugeschnitten sind. Auf der Basis des branchenübergreifenden Arbeitens und des fundierten technischen Know-Hows der Mitarbeiter werden sehr schnell neue, kreative Lösungsansätze in der Konzeptphase generiert. Mit Hilfe der Bauteilberechnungen werden die Konstruktionsentwürfe bereits vor dem Prototypenbau numerisch untersucht und optimiert, wodurch Zeit und Kosten bei der Herstellung eingespart werden - ein Schlüssel für die schnelle Markteinführung neuer Produkte.

Die Firma Klaus Eichhorn Steuerungstechnik (KE-Steuerungstechnik) wurde 1993 gegründet und ist seitdem in den Bereichen Steuerungstechnik für nahezu jeden Bereich - beispielsweise Werkzeugmaschinen, Handlingsysteme oder Fertigungsstraßen - erfolgreich tätig. Dabei werden die aus der langjährigen Praxis gewonnenen Erfahrungen in tragfähige Maschinenkonzepte umgesetzt. Auch an Forschungsaufgaben sowie der Prototypenentwicklung zu intelligente Finish-Maschinen hat sich die KE-Steuerungstechnik bereits beteiligt, was ihre Rolle im Netzwerk ableiten lässt, nämlich die Entwicklung einer zur Fertigung von HAV-Implantaten passenden Maschinensteuerung. Diese ist für das Zusammenwirken der Komponenten eines hoch-effizienten Fertigungssystems unerlässlich.

Bei der Entwicklung selbstlernender Finish-Systems zur Kleinst-Teilebearbeitung in Nanoqualität werden u.a. folgende Merkmalsbereiche und Zielgrößen angesprochen: Bearbeitung von Kleinstteilen: bis 1 mm Größe (heute: Kleinteile bis 17 mm), Erzielung höchster Genauigkeitsgrade im Nanometer-Bereich (heute: nur Mikrometer-Bereich), Bearbeitungsprozessfindung/Eigenregulierung durch „integrierte Intelligenz“. Gleichzeitig soll die geforderte Prozesssicherheit erreicht werden. Dies wird der Beitrag der KE-Steuerungstechnik im Kooperationsnetzwerk sein.

In der Koordination der Zusammenarbeit zwischen innovativen Unternehmen und beteiligten Wissenschaftlern zum Zwecke der Translation von Forschungsergebnissen in marktfähige Produkte nimmt das Netzwerkmanagement eine zentrale Rolle ein.

Die tti Technologietransfer und Innovationsförderung Magdeburg GmbH ist Organisator, zentraler Ansprechpartner und Ideenmoderator für das Netzwerk. Hier werden die Verbindungen geknüpft und dort laufen die Fäden des Netzwerkes zusammen. Die beteiligten Unternehmen mit ihren einander ergänzenden individuellen Kompetenzen werden untereinander und mit den Forschungseinrichtungen verwoben.

Für die Bewältigung der Aufgabe der Entwicklung neuer Implantate werden verschiedenste Kompetenzen aus unterschiedlichen Branchen benötigt. Wesentlich sind hierbei detaillierte Kenntnisse in den Bereichen Oberflächenbearbeitung, Oberflächenbeschichtung sowie Konstruktion und Bau von Sonderanlagen. Die dementsprechend für das Netzwerk bisher gewonnen und vorgestellten Partner sind in diesen Bereichen als Dienstleister bzw. Industrieunternehmen tätig.

Der Schwerpunkt der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung am Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) liegt in den Bereichen Lasernano- und -mikrobearbeitung, Hochrate-Laserbearbeitung, Laserpulsabscheidung (PLD), Additive Fertigung und Lasermakrobearbeitung. Weitere Forschungsfelder sind die Lasermesstechnik, die Modellierung und Simulation von Laserprozessen sowie die Laseranlagen- und -prozessentwicklung. An der Forschung sind 6 Professoren und 1 Stiftungsprofessor sowie derzeit 40 Mitarbeiter und zahlreiche Studierende beteiligt.

Besondere Highlights sind die Entwicklung von Verfahren, Anlagen und Komponenten zum Rapid Microtooling, z.B. zur Additiven Fertigung im Mikrobereich mittels 3D-Druck aus Metall und Keramik oder zum Mikrostrukturieren mittels UKP-Lasern sowie zur Abscheidung von superharten Schichten mittels PLD und zur Hochrate-Laserbearbeitung. Die Hochrate-Laserbearbeitung ermöglicht die superschnelle Werkstoffbearbeitung. So kann Blech mittels Laser in Sekundenbruchteilen getrennt werden, wobei die Fertigung im Vergleich zum normalen Stanzen in Bezug auf die wählbare Formenvielfalt deutlich flexibler ist. Durch Nutzung eines am Institut entwickelten neuartigen Polygonspiegelscanners können Oberflächen einerseits extrem schnell mit hohen Laserleistungen beaufschlagt, z.B. zum Laserreinigen, und anderseits auch sehr genau strukturiert werden, z.B. mit ultrakurzen Pulsen. Produkte sind so schneller herstellbar und die Kosten sinken. Bei der Forschung im Bereich Lasernano- und -mikrobearbeitung werden z.B. neue mikroelektronische Bauteile in kleinsten Dimensionen geschaffen. Ebenso wird an neuen Technologien zur Herstellung von Werkzeugen mit mikrostrukturierten, superharten Oberflächen gearbeitet, wodurch diese besonders verschleißfest und langlebig sind.

Mit der umfangreichen Ausstattung an Laseranlagen am LHM können Untersuchungen und Entwicklungen zu nahezu alle gängigen Laserverfahren durchgeführt werden. Als Besonderheit existieren 10 verschiedene UKP-Laserquellen mit hoher Pulsleistung oder mit extrem hoher mittlerer Leistung. Ein Monomode-Faserlaser mit einer cw-Leistung von 10 kW ist ein weiteres Highlight im Laserpark des Institutes. 2016 konnte mit der Unterstützung durch das Bund-Länder-Programm zur Förderung von Wissenschaft und Forschung an deutschen Hochschulen ein neues Institutsgebäude mit einer Forschungsfläche von mehr als 2.500 m² bezogen werden. Auch durch diese Förderung der Mittweidaer Laserforschung gehört das LHM auf seinem Spezialgebiet mittlerweile zu den leistungsfähigsten Hochschuleinrichtungen in Deutschland.

Superharte ta-C Schichten durch Laserpulsabscheidung

In vielen Zweigen der Industrie werden hochverschleißfeste Beschichtungen benötigt, um beispielsweise Werkzeuge und Bauteile zu schützen und/oder zu funktionalisieren. Während sich die Vertreter der klassischen Hartstoffschichten (z.B. Titannitrid) bereits in großem Umfang im industriellen Einsatz befinden, sind die neuartigen ta-C Schichten aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften momentan auf dem besten Wege dahin.

Die am Laserinstitut Mittweida erzeugten ta-C Schichten sind spezielle Vertreter der diamantähnlichen Kohlenstoffschichten (engl. diamond like carbon – DLC), welche bzgl. ihrer Härte bis dato unübertroffen sind. Die Schichten werden hier mittels Laserpulsabscheidung erzeugt und sind aufgrund eines patentierten Verfahrens nahezu spannungsfrei. Bei optimalen Abscheidungsparametern sind Härten von bis zu 70 GPa (vgl. Diamant: H=100 GPa) bei Elastizitätsmodulen von 700 bis 800 GPa realisierbar, wodurch die Beschichtungen äußerst widerstandsfähig gegen Verschleiß sind. Aufgrund der geringen mittleren Oberflächenrauigkeiten (Ra) von wenigen Nanometern und des niedrigen Reibkoeffizienten (≤ 0,1) sind diese Schichten auch für tribologische Anwendungen prädestiniert. Mittels haftvermittelnder Subschichten besteht die Möglichkeit, auf unterschiedlichsten Substratmaterialien hohe Haftfestigkeiten zu erzielen. Aufgrund der niedrigen Temperaturen während der Schichterzeugung (< 90 °C) können neben unterschiedlichen Metallen und Legierungen auch temperaturempfindliche Materialien (Kunststoffe, Gläser, …) beschichtet werden. Neben dem Einsatz zum Verschleißschutz bieten die ta-C Schichten aufgrund ihrer chemischen Resistenz, Biokompatibilität und Dotierbarkeit eine breite Palette an weiteren Anwendungsmöglichkeiten, bspw. in der Medizintechnik, Lebensmittelindustrie oder Sensorik. Mittels Laserpulsabscheidung können homogene Schichtdicken von wenigen Nanometern bis zu einigen 10 µm erzeugt werden, wobei die resultierende Schichthärte zwischen 10 und 70 GPa über verschiedene Verfahrensparameter quasi frei wählbar ist. Folglich können verschiedenste material- und anwendungsspezifische Schichtdesigns (Multilayer) umgesetzt werden.