Multifunctional-Surface-Technologie auf dem Weg in die Medizintechnik

Mehr Hygiene bei geringeren Fertigungskosten

An die Bedienoberflächen von medizinischen Geräten werden hohe Anforderungen gestellt. Neben dem Wunsch nach einer einfachen Bedienbarkeit müssen die Oberflächen leicht zu reinigen sein, um den hohen Hygienestandards in unterschiedlichen Umgebungen zu entsprechen – vom Einsatz beim Patienten zu Hause bis hin zur Intensivstation. Die Multifunctional-Surface Technologie eröffnet Medizinprodukteherstellern hier neue Chancen. Gleichzeitig unterstützt die innovative Verbundtechnologie den Trend zu einer höheren Kosteneffizienz in der Fertigung.
Infusionspumpe_2_iStock(Foto: iStock)

 

Bedieneinheiten von elek­tri­schen Medizingeräten stellen in jeder Umgebung bis hin zu Sterilbereichen wie Operationssälen ein Risiko dar. An den Übergängen von Schaltern, Tasten und Regelknöpfen zur Bedienfront setzen sich leicht Keime und Schmutzpartikel fest, die sich nur schwer entfernen lassen. Um eine durchgängig geschlossene, ebenmäßige Oberfläche zu erhalten, wird oft eine Folientastatur verwendet, doch diese entpuppt sich in der Praxis häufig als wenig robust und damit als zusätzlicher Risikofaktor. Auf der Suche nach Alternativen nehmen die Produktdesigner jetzt neuartige Verbundtechnologien auf Basis kapazitiver Elektronik ins Visier. Sie schauen dabei auf die Automobilindustrie, wo bereits erste Anwendungen entwickelt und umgesetzt wurden.

 

Multifunctional_Surface_ENG(Foto: Engel)

 

Der Begriff Multifunctional Surface steht für einen neuartigen Technologieverbund. Durch die Kombination von Spritzgießtechnik und Mechatronik lassen sich Kunststoffoberflächen mit elektronischer Intelligenz funktionalisieren. Kapazitive Sensoren machen es möglich. Diese nutzen das Prinzip der elektrischen Kapazität, der Wechselwirkung zwischen zwei Raumpunkten, wie sie im elektrischen Kraftfeld zwischen zwei Elektroden vorhanden ist. Die elektrischen Flusslinien innerhalb des elektrischen Felds können durch Annäherung eines leitenden Objekts verändert werden, zum Beispiel durch Fingerkuppen. Die kapazitiven Sensoren erfassen diese Veränderungen und reagieren mit einer Spannungsänderung, die als Funktionsauslöser genutzt werden kann. Da die Feldlinien nichtleitende Festkörper durchdringen, funktioniert der Sensor­effekt auch aus der Distanz im Verbund mit einer dünnen Deckschicht, zum Beispiel einem Thermoplast, sowie beim Bedienen mit Handschuhen.   

Einbaufertige Funktionsbauteile in einem Schritt
Die Basis für die Herstellung multifunktionaler Oberflächen bilden Folien, auf die mittels Bedrucken, Maskieren und Metallisieren Sensoren und Leiterbahnen aufgebracht wurden. Diese Folien lassen sich dreidimensional formen, beschneiden und schließlich mit Thermoplast über- oder hinterspritzen. Auf diese Weise ersetzt kapazitive Elektronik mechanische Schalter, Tasten und Regelknöpfe. Die Bedienelemente verschwinden unter einer geschlossenen, ebenmäßigen und langfristig widerstandsfähigen Oberfläche.
Da die Lage der Sensoren dank der flexiblen Druckproduktion in weiten Grenzen frei gewählt werden kann und sich die Folien nahezu beliebig formen lassen, eröffnet die Technologie ein sehr hohes Maß an Designfreiheit. Usability und Ergonomie können im Produktdesign noch stärker berücksichtigt werden. So gehen Experten davon aus, dass sich Fahrzeuge in Zukunft durch einfaches Berühren, Fühlen und Interagieren einfacher als Smartphones bedienen lassen.
Auf seinem Symposium im Juni 2012 präsentierte der ­Spritzgieß­maschinenbauer Engel Austria eine erste seriennahe Anwendung. Auf einer Engel-duo-350 Spritzgießmaschine mit Wendeplatte und Kombinationswerkzeug wurden Pkw-Mittelkonsolen mit multifunktionaler Oberfläche hergestellt. Dabei wurde von einem Roboter eine kapazitive, dreidimensional vorgeformte Folie in das Werkzeug eingelegt und im Engel-clearmelt-Verfahren mit PC/ABS überspritzt und mit Polyurethan überflutet. Die Polyurethan-Deckschicht dient zum Schutz der Oberfläche und sorgt zudem für eine hochwertige Anmutung.

 

Multifunctional_Surface_Mag(Foto: Magna)

 

Die hochintegrierte und automatisierte Fertigungszelle machte auf dem Engel-Symposium vor allem eines deutlich: Die Multifunctional-Surface-Technologie bietet nicht nur die optimalen Voraussetzungen zur Entwicklung idealer Bedienoberflächen, sondern erreicht zudem eine bisher nicht erreichbare Produktionseffizienz. In nur einem Arbeitsschritt entstehen, ausgehend von kapazitiven Folien und Kunststoffgranulat, einbaufertige Funktionsbauteile. Im Vergleich zur Herstellung herkömmlicher Bedieneinheiten, wo oft mehr als 100 Kleinteile einzeln produziert und montiert werden müssen, reduziert die Multifunctional-Surface-Technologie die Herstellungskosten für die Pkw-Mittelkonsolen um mindestens 30 Prozent. Hinzu kommt die deutliche Produktivitätssteigerung durch den Wegfall der Montage.

Erkenntnisse aus Automobilindustrie auf Medizintechnik übertragen
Das rasant steigende Interesse der Medizintechnik rührt vor allem daher, dass die Technologie verschiedenen Anforderungen auf einmal gerecht wird. Die strengen Hygieneanforderungen lassen sich leichter erfüllen als mit herkömmlichen Technologien – und das zu deutlich niedrigeren Herstellungskosten.
Gemeinsam mit seinen Partnern – darunter plastic electronic in Linz/Österreich – arbeitet Engel daran, die Erkenntnisse aus der Automobilindustrie auf Anwendungen in der Medizintechnik zu übertragen und die Technologie für diese Branche weiterzuentwickeln. Das Potenzial in der Medizintechnik ist groß. Prinzipiell eignet sich die Multifunctional-Surface-Technologie für alle elektrischen medizintechnischen Geräte, die in hohen Stückzahlen gefertigt werden, wie zum Beispiel Blutzuckermessgeräte, Insulin- und Infusionspumpen oder Atemtherapiesysteme.

 

Autoren:
Christoph Lhota, Leiter Geschäftsbereich Medical
Michael Fischer, Verkaufsleiter Technologien
ENGEL AUSTRIA GmbH, Schwertberg/Österreich,
Projektpartner:
Hennecke GmbH, St. Augustin, Deutschland
Votteler Lackfabrik GmbH & Co.KG, Korntal-Münchingen, Deutschland
plastic electronic, Linz Österreich …. und andere.

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