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Lernziele / Kompetenzen
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Den Studierenden soll im Rahmen der Veranstaltung vermittelt werden, wie Werkstoffe und Implantate im Hinblick auf ihre biologische und mechanische Eignung bewertet werden können.
Im werkstoffmechanischen Teil der Vorlesung erwerben die Studierenden anhand ausgewählter Beispiele die Kompetenz, die mechanische Zuverlässigkeit von Implantaten zu beurteilen. Hierzu werden die relevanten mechanischen Materialkenngrößen eingeführt, deren experimentelle Ermittlung dargestellt und die mikromechanischen Grundlagen des Materialverhaltens erläutert. Um ein Verständnis für die mechanische Beurteilung von Implantaten zu erlangen, werden Elemente der technischen Mechanik und Festigkeitslehre anhand einfacher Beispiele (z.B. Biegebalken) vermittelt.
Im Teil der Vorlesung, der von der biologischen Eignung von Werkstoffen handelt werden zunächst zellbiologische Grundlagen behandelt. Die Studierenden sollen den Aufbau von Zellen wiedergeben sowie verschiedenen Zellquellen (Stammzellen, primäre Zellen und Zelllinien) und grundlegende Schritte der in vitro Züchtung benennen können. Darauf aufbauend lernen die Studierenden verschiedene Kontakte von Zellen zu anderen Zellen und insbesondere zu Materialien wie z.B. Implantate zuordnen. Hier sind eine kurze Zusammenfassung der verschiedenen Implantatmaterialien sowie deren Eigenschaften vorgesehen, wobei die Studierenden Vor- und Nachteile auflisten können. In den nun anschließenden anwendungsorientierten Teilen werden verschiedene Aspekte (unterschiedliche Definitionen, Gewebereaktionen etc.) der Biokompatibilität besprochen. Die Studierenden können diese wiedergeben. Zudem können sie unterschiedliche Methoden zur Bestimmung benennen und für verschiedene Fragestellungen die geeignete auswählen. Zudem findet eine sukzessive Erörterung und Diskussion bzgl. der Biokompatibilitätstestung im Labor sowie deren Grenzen und in vivo Testungen (Tierversuche und klinische Studien) statt, so dass die Studierenden abwägen können wann welche Testung sinnvoll ist. Abschließend werden die verschiedenen Medizinproduktklassen sowie Zulassungskriterien und -stellen kurz besprochen, die von den Studierenden wiedergegeben werden können.
Im CAD-Labor wird die praktische Anwendung von CAD-Systemen erlernt. Durch entsprechende Übungen an den Arbeitsstationen im CAD-Labor wird das Arbeiten mit CAD-Systemen deutlich gemacht. Die Vorlesung ist interdisziplinär ausgerichtet unter Berücksichtigung von Grundlagenwissen aus dem beanspruchungs-, fertigungs- und werkstoffgerechten Gestalten und Dimensionieren einfacher Maschinenelemente.
- Die Studierenden erlernen den Umgang mit einem CAD-Arbeitsplatz, haben einen Überblick über Einsatzbereiche von CAD-Systemen und verstehen die Bedeutung von CAD-Systemen für den betrieblichen Informationsfluss.
- Die Studierenden erwerben Grundkenntnisse über allgemeine Methoden und Arbeitstechniken zur 3D-Modellierung und Konstruktion von Bauteilen, Baugruppen, zur Definition von Normteilen sowie zur Ableitung von Fertigungszeichnungen mit 3D-CAD-Systemen.
- Die Studierenden müssen nach Abschluss des Moduls in der Lage sein, selbstständig einfache Bauteile und Baugruppen mit einem CAD-System zu modellieren und zu visualisieren sowie daraus technische Zeichnungen zu generieren.
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Veranstaltungen
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Konstruktionselemente
| Art |
Vorlesung |
| Nr. |
EMI508 |
| SWS |
2.0 |
| Lerninhalt |
In der Vorlesung Konstruktionselemente erlernen die Studierenden den Ablauf der Bewertung der mechanischen Zuverlässigkeit eines Implantats. Die hierfür nötigen Begriffe und experimentellen Methoden werden am Beispiel der Ermüdungsprüfung eines Implantats eingeführt:
- Werkstoffe für „klassische“ Implantate und die Gewebezüchtung
- Beispiele für Belastungsanalysen von Implantaten
- Einführung mechanischer Kenngrößen (E-Modul, Dehngrenze, Festigkeit, Schlagzähigkeit, Härte und Ermüdungsfestigkeit) und deren experimentelle Bestimmung
- Kurze Einführung in die technische Mechanik und Festigkeitslehre anhand der Biegung und eulerschen Knickung von Balken beliebiger Querschnittsfläche, Bestimmung der Biegespannung.
- Mikrostrukturelle Grundlage der Elastizität, des Bruchversagens, der plastischen Verformung und des Ermüdungsverhaltens (exemplarisch an Metallen).
- Fallbeispiele: Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Implantaten und biomedizinischen Materialien, Schadensanalysen.
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| Literatur |
Mattheck, C., Warum alles kaputt geht. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 2003
Assmann, B., Technische Mechanik, Band 1: Statik, München, Wien, Oldenbourg Verlag, 1999
Assmann, B., Selke P., Technische Mechanik, Band 2: Festigkeitslehre, München, Wien, Oldenbourg Verlag, 2006
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Werkstoffe der Medizintechnik
| Art |
Vorlesung |
| Nr. |
EMI507 |
| SWS |
2.0 |
| Lerninhalt |
- Werkstoffkundliche Grundlagen, Aufbau der Materie und Kristallstrukturen
- Aufbau mehrphasiger Werkstoffe
- Mechanische Eigenschaften von Werkstoffen
- Korrosion und Werkstoffschädigung
- Zellen und Gewebe
- Biokompatibilität und Biokompatibilitätsprüfung
- Metallische Werkstoffe in der Medizintechnik
- Polymere in der Medizintechnik
- Keramik in der Medizintechnik
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| Literatur |
- H.-J. Bargel, G. Schulze, Werkstoffkunde, Springer, ISBN 978-3-642-17717-0 (eBook)
- H.A. Wintermantel, Suk-Woo Ha, Medizintechnik, Life Science Engineering, Springer, e-ISBN: 978-3-540-93936-8
- G. Lütjering, J.C. Williams, Titanium, Springer, ISBN 978-3-540-71397-5
- M. Peters, C. Leyens, Titan und Titanlegierungen, ISBN 978-3-527-30539-1
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Labor Konstruktion/CAD
| Art |
Labor |
| Nr. |
EMI509 |
| SWS |
2.0 |
| Lerninhalt |
- Einführung in die Arbeit mit dem parametrischen 3D-CAD-System Creo 2.0 und Systemgrundlagen: Funktionsstruktur und Aufbau von CAD-Systemen, Benutzeroberfläche, Ansichtsmanager, Modellinformationen
- Basiskonstruktionselemente und Modellreferenzen: Koordinatensysteme, Bezugsebenen und Achsen
- Grundlagen zu Skizzieren und Skizziermethodik: Erzeugung , Bemaßung und Bedingungen von Skizzen
- Bauteilmodellierung und -bearbeitung: Profil- und Rotationskörper, gezogene Profile , Rundungen und Fasen, Bohrungen und Gewinde, Erstellung von Mustern, Kopieren, Spiegeln von Konstruktionselementen, Flächenmodellierung, Modellanpassungen, Einsatz von Normteilbibliotheken
- Baugruppenmodellierung: Einbau, Austausch und Anpassung von Komponenten, Entwurf von Baugruppenstruktur, Skelettmodelle, Baugruppeninformation
- Zeichnungsableitung aus dem 3D-Modell: Zeichnungseinstellungen, Ableitung normgerechter Zusammenbauzeichnung und Einzelteilzeichnungen, Erzeugung von Modellansichten, Bemaßung, Erstellung von Stücklisten.
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| Literatur |
Köhler, P., Pro/ENGINEER Praktikum. Einführende und fortgeschrittene Arbeitstechniken der parametrischen 3D-Konstruktion mit Wildfire 5.0., 5. Auflage, Wiesbaden, Vieweg + Teubner Verlag, 2010
Wyndorps, P., 3D-Konstruktion mit Pro/ENGINEER Wildfire 5.0, 5. Auflage, Haan-Gruiten, Europa-Lehrmittel Verlag, 2010
CAD Schroer GmbH, Ingenieurbüro – CAD-Schulung
Clement, S., Kittel, K., Vajna S., Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 für Fortgeschrittene – kurz und bündig, 1. Auflage, Wiesbaden, Friedr. Vieweg und Sohn Verlag, 2008
Spur, G., Krause, F.-L., Das virtuelle Produkt – Management der CAD-Technik, München, Hanser Verlag, 1997
VDI 2249, Informationsverarbeitung in der Produktentwicklung, ADBenutzungsfunktionen, VDI-RICHTLINIE, 2003
Anderl, R., Virtuelle Produktentwicklung A (CAD-Systeme und CAx-Prozessketten), Vorlesungsskript, Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion, TU Darmstadt, 2010
Ovtcharova, J., Virtual Engineering I, Computer Aided Design, Vorlesungsskript, Uni. Karlsruhe, IMI, 2009
Ehrlenspiel, K., Integrierte Produktentwicklung, München, Wien, Hanser Verlag, 2009 |
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