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Mit Sensitivitätsanalysen schneller zur Großserie

Produktsimulation zur Schwangerschaftsdiagnostik

Pregnolia unterstützt mit Ihren medizintechnischen Produkten die Risikoabschätzung von Frühgeburten. Strukturmechanische Simulation identifiziert kritische Parmameter und ebnet den Weg zur Großserienfertigung.

Zusammenfassung

Aufgabe

Pregnolia entwickelt medizinische Messgeräte zur Verbesserung der Schwangerschaftsbetreuung. Beim Umstieg auf die Großserienproduktion soll das Fertigungsverfahren für die Sondenkappe von Fräsen auf Spritzguss umgestellt werden, ohne dass sich die neuen Herstellungstoleranzen auf die Messgenauigkeit auswirken.

Lösung

Transient strukturmechanische Simulationen ermitteln die Genauigkeit der Druckmessung bezüglich den Geometrietoleranzen aus dem Fertigungsprozss. Mit dieser Sensitivitätsstudie konnte die Messgenauigkeit unter Berücksichtigung der neuen breiteren Herstellertoleranzen erfolgreich bestätigt werden.

Kundennutzen

Die Analysen trugen zu einer signifikanten Reduktion der Prototypen und Tests für aufwendige Spritzgusswerkzeuge bei, mit einer klaren Zeit- und Kostenersparnis. Die Zeitspanne für die Umstellung auf effiziente Großserienproduktion unter Einhaltung aller kritischen Messkriterien trotz geänderter Herstellungstoleranzen reduziert sich damit erheblich.

Projektdetails

Aufgabe

Eine Erhebung der WHO aus dem Jahre 2016 zeigt, dass jährlich mehr als 15 Millionen Säuglinge zu früh geboren werden. Das Zustandekommen von Frühgeburten ist komplex und kann viele Ursachen haben. Wie Untersuchungen ergeben haben, ist ein entscheidender Indikator für das Risiko einer Frühgeburt die Festigkeit des Gebärmutterhalses (Zervix).

Pregnolia, ein Spin-Off der ETH Zürich, entwickelt medizinische Messgeräte zur Verbesserung der Schwangerschaftsbetreuung. Beim Umstieg auf Großserienproduktion soll die Fertigung für die Sondenkappe von Kunststoff-Fräsen auf -Spritzguss umgestellt werden, ohne dass sich die neuen Herstellungstoleranzen auf die Messgenauigkeit auswirken.

Um den Einfluss dieser Toleranzänderungen auf die Messgenauigkeit der Sonde zu evaluieren, sollte eine Sensitivitätsstudie durchgeführt werden. Zur Validierung der Simulationsergebnisse stehen reale Zervix-Messdaten zur Verfügung.


Nutzen für den Kunden

Mit Hilfe der Sensitivitätsanalyse konnten die kritischen Herstellungstoleranzen identifiziert werden. Validierungsmessungen mit Prototypen der Sondenkappe bestätigten zudem die Aussagekraft der gewählten Parameter und die Richtigkeit der Simulationsergebnisse. Diese Erkenntnisse können nun für eine gezielte Verbesserung der Herstellungstoleranzen genutzt werden, was wiederum zu einer erhöhten Genauigkeit des Pregnolia Diagnostikgerätes führt.

Diese Analysen trugen zu einer signifikanten Reduktion der notwendigen Prototypen und Tests bei, was eine klare Zeit- und Kostenersparnis bedeutet. Die Zeitspanne für die sichere Umstellung auf eine effiziente und ausgereifte Großserienproduktion konnte in erheblichem Maße reduziert werden.

Das Pregnolia Messgerät ist eine wertvolle Unterstützung bei der Frühgeburtsdiagnostik. Mit der Großserienproduktion kann eine hohe Nachfrage schneller bedient werden. Gleichzeitig wird mit diesen Untersuchungen das Vertrauen in das Messprinzip und in die Genauigkeit der Ergebnisse bestärkt. Ergebnisse, die helfen, Leben zu schützen.


Lösung

​Im Messgerät wird ein zunehmend negativer Druck erzeugt, welcher Gewebe in die Sondenkappe saugt. Beim Erreichen einer definierten Einsaughöhe wird der dazu notwendige Druck gemessen. Er gilt als Indikator für die Gewebesteifigkeit.

Als Simulationsmodell liegt ein axialsymmetrisches Modell der Sondenkappe zugrunde. Die Kalibrierung der Parameter des hyperelastischen Materials erfolgte mit den realen Zervix-Gewebekennwerten. In einer transienten Struktursimulation ist eine identische Druck-Zeit-Kurve als Last definiert. Der maßgeblichen Untersuchungsparameter ist die Sensitivität des gemessenen Drucks beim Erreichen der Einsaughöhe bezüglich den herstellungsabhängigen Geometriedimensionen.

Die Auswertungen konnten zeigen, dass innerhalb der neuen Herstelltoleranzen der kritische Wert, welcher die Genauigkeit des Messprinzips bestimmt, nur um +/- 3,7% variiert. Die geforderte Zuverlässigkeit der Messung ist damit sicher erreicht.


Technik
Dr. sc. ETH Manfred Maurer

Produkt-Anwendungen im Projekt