Schnellere Blutuntersuchung möglich durch 3D-gedruckte Zahnräder

•  Was wurde benötigt: Leichte Zahnräder zur Erhöhung des Auflösungsvermögens eines Schrittmotor-Systems
• Herstellungsverfahren: Selektives Lasersintern (SLS)
• Anforderungen: Sowohl leicht als auch verschleißfest, wartungsarm, schmierfrei
• Material: iglidur i3
• Branche: Medizintechnik
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: Überwindung der technischen Hindernisse zur Realisierung der patentierten Technologie, erhöhte Vorhersehbarkeit von Herzinfarkten

 
 

Die Blutprobe wird dem Patienten entnommen und in das Gerät gegeben.

Problem

Damit die Troponin-Konzentration im Blut genau erfasst werden kann, wurde ein 0,9 Grad Schrittmotor mit zwei Getrieben in Reihe gekoppelt, die beide über ein Übersetzungsverhältnis von 100:1 verfügen.  Was der resultierenden Auflösung von 0,00009 Grad noch im Wege stand, war die durch Metallzahnräder erhöhte Trägheit des Systems. Ein leichteres Material war nötig, damit das Drehmoment des Schrittmotors die Trägheit des Systems überwinden kann. 

Zusätzlich dazu setzt ein Krankenhausumfeld besondere Betriebsbedingungen voraus. Die Einstellung des Geräts aufgrund von Wartungsarbeiten könnte manchen Patienten das Leben kosten. Das heißt, dass unter anderem die Zahnräder schmierfrei laufen sollen. Weiterhin könnten Schmierstoffe bei Bluttestungen eine biologische Gefährdung darstellen. Was die Getriebe betrifft, hat Cor.Sync zunächst mehrere Modelle aus Metall getestet. Nachdem eine passende Vorrichtung gefunden wurde, wurde nach einer schmierfreien Umsetzungsmöglichkeit gesucht.

Lösung

Der 3D-Druck der Zahnräder aus dem verschleißfesten iglidur i3 Kunststoff hat jede Anforderung erfüllt. Durch den 3D-Druck-Service von igus konnte das gewünschte Design mit minimaler Trägheit realisiert werden. Außerdem wurde die Wartungsfreiheit des Systems dank der selbstschmierenden Polymer-Zahnräder gewährleistet.

Die Technologie im Detail

Im Kern basiert die Bluttestung auf der sogenannten SPR-Spektroskopie. Eine Konzentration von Troponin im kritischen Bereich von 1 bis 100ng/L, deutet auf eine erhöhte Gefahr eines Herzanfalls. In der von Cor.Sync eingesetzten Technologie soll ein Schrittmotor bei einer Troponin-Konzentration von 1ng/L eine Winkelschwankung von ca. 0,009 Grad erzeugen können. Deswegen wurde der verfügbare 0,9 Grad Schrittmotor mit zwei Getrieben in Reihe gekoppelt. Jedes Getriebe hat ein Übersetzungsverhältnis von 100:1, was einen Winkelversatz von 0,00009 Grad ermöglicht. Allerdings eignen sich Metallzahnräder nicht für einen solchen Einsatz, da sie, im Verhältnis zu dem vom Schrittmotor geleisteten Drehmoment, zu schwer sind. Die Hochleistungspolymere von igus zeichnen sich vor allem durch ihre Leichtgewichtigkeit und Verschleißfestigkeit aus. 

 

Getriebe aus 3D-gedruckten Zahnrädern

Schmierfreiheit mit allen igus-Produkten

In Krankenhausumgebungen wird es vermieden, Schmiermittel zu verwenden, da diese zu einer günstigen Umgebung für die Verbreitung von Infektionserregern werden können. Aus diesem Grund wurden nicht nur die selbstschmierenden iglidur i3 Zahnräder verwendet, sondern auch andere schmierfreie igus-Komponenten in sonstigen Teilen des Geräts. Das optische System zum Beispiel besteht unter anderem aus Laserdioden und Fotodioden, die zueinander auszurichten sind. Zu diesem Zweck wurden die optischen Elemente auf den drylin® W Kurvenschlitten  befestigt, die über die drylin® W Doppelschiene gleiten, und somit die Konzentrizität und Ausrichtung des optischen Systems gewährleisten. 

Die inneren Baukomponenten des Geräts