Medizintechnik

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Modulhandbuch

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Werkstoffe und Konstruktion

Empfohlene Vorkenntnisse

Fachhochschulreife

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

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 zu Werkstoffen der Medizintechnik erwerben die Studierenden Kenntnisse zum systematisches Verständnis über die Werkstoffe und kennen deren grundsätzlichen Aufbau, Eigenschaften und Kombinationsmöglichkeiten sowie deren Anwendungsgebiete. Dabei erlernen sie die für die Medizintechnik wichtigsten mechanische und funktionellen Eigenschaften und erlangen Kenntnisse zu der Beziehung zwischen Werkstoffstruktur und Werkstoffeigenschaft. Die Studierenden sind vertraut mit der Wechselwirkung zwischen Werkstoffen, Zellen und lebenden Geweben und erlernen Methoden der Biokompatibilitätstestung und Bewertung. Schließlich werden vertiefte Grundkenntnisse zu den in der Medizintechnik
relevanten Werkstoffgruppen vermittelt, sodass die Studierende deren Werkstoffeigenschaften gegenüberstellen können und auf Basis etablierter Methoden eine überlegte Werkstoffauswahl speziell für Medizinprodukte vornehmen können.

 

Dauer 1
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90h
Workload 180h
ECTS 6.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Entwurf muss m. E. attestiert sein

Modulverantwortlicher

Prof. Dr. Hoppe

Empf. Semester 1
Haeufigkeit jedes 2. Semester
Verwendbarkeit

MT-spezifisch

Veranstaltungen

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.

 

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

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

 

 

 

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

 

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 NormteilbibliothekenBaugruppenmodellierung: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. 
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-SchulungClement, 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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