Das Spiroergometriegerät Cortex C21 zur Analyse von Atemgas.

Das Spiroergometriegerät Cortex C21 zur Analyse von Atemgas. (Bild: Wilddesign)

Ein Qualitätsmerkmal hochwertigen Produktdesigns muss sein, dass es beim Entwurfsprozess bereits die Kosten der Fertigung im Blick hat. Auf diese Weise lässt sich das landläufige Vorurteil außer Kraft setzen, dass Design lediglich Kosten treibe, ohne entsprechenden Nutzen zu stiften. Wilddesign mit Niederlassungen in Gelsenkirchen, Shanghai, Magdeburg, München und Stuttgart hat sich seit über 25 Jahren auf Medizinprodukte spezialisiert. Im Fokus steht dabei auch der Bereich Design for Manufacturing (DFM).

Wo liegen die Wurzeln von DFM?

Innovative Ideen zum Thema DFM haben ihren Ursprung bereits in den 1970er-Jahren. Damals fanden an der University of Massachusetts durch Geoffrey Boothroyd erste Untersuchungen statt, um Entwicklern Hilfsmittel für den Einsatz in automatisierten Fertigungsprozessen an die Hand zu geben. Ziel dieser Forschungen war:

  • Die Verringerung der Montagevorgänge durch weniger Bauteile.
  • Die effiziente Vereinfachung der Montage.

Das war neu, denn bis dahin war es das primäre Ziel der Entwickler, jedes Einzelteil möglichst simpel zu konstruieren, um bei dessen Fertigung Kosten zu senken. Und hier entwickelte jemand Tools, um mit kleinerer Anzahl, aber komplizierteren Bauteilen in der Produktion Geld einzusparen, weil die Montage leichter und schneller ermöglicht wurde. Zusammen mit Peter Dewhurst wurde die Software „Design for Automatic and Manual Assembly“ (DFA) für den Apple II herausgebracht und nach ersten Erfolgen das Unternehmen Boothroyd Dewhurst im Jahr 1983 gegründet, welches bis heute eine Software vertreibt, die bei Großunternehmen und dem Mittelstand eingesetzt wird.

Von der Idee zum Produkt: Entwurfsskizze für das Spiroergometriegerät.
Von der Idee zum Produkt: Entwurfsskizze für das Spiroergometriegerät. (Bild: Wilddesign)

Wenn Konstruktion und Design Hand in Hand gehen

Das Leipziger Unternehmen Cortex Biophysik ist ein Entwickler und Hersteller von Atemgasanalyse-Systemen, die weltweit Verwendung finden. In Zusammenarbeit mit dem Cortex-Entwicklerteam haben die Designer von Wilddesign das neue Spiroergometriegerät Cortex C21 gestaltet, das Atemgasanalysen in verschiedensten Einsatzsituationen ermöglicht. Bestehend aus einem Mobilteil und einer Basisstation können Atemfunktionen, beispielsweise von Leistungssportlern oder Rettungskräften in Trainingseinsätzen überwacht und anschließend ausgewertet werden. Der markante Look des Spiroergometriegeräts mit seinen trapezförmigen Flächen wurde in der Anfangsphase des Gestaltungsprozesses geprägt. Die Initialzündung geht auf eine Ideenskizze des Mobilteils zurück, die wegweisend für den weiteren Gestaltungsprozess sein sollte. Die Realisierung stellte das Wilddesign-Team und die Konstrukteure jedoch vor große Herausforderungen: Einerseits, weil die Umsetzung einer 2D-Skizze in ein 3D-Produkt komplex ist. Andererseits, weil die Gestaltung eines technischen Geräts von außen nach innen umgekehrt zur sonst üblichen technischen Entwicklung verlief. Trotzdem konnte das markante Design des Grundkonzepts erfolgreich realisiert werden. Eine der Grundvoraussetzungen war der intensive Austausch zwischen Designern und Konstrukteuren von Beginn des Projekts an. So konnten kostensparende Ideen des Anfangsentwurfs wie die Verwendung symmetrischer Kunststoffteile fixiert und durchgehalten werden. Die Abdeckhauben rechts und links, die Dichtungen und die Gurtverriegelungen des Mobilteils sind Gleichteile. Steigende Anforderungen an das Produkt in puncto Dichtheit und Robustheit wurden in enger Abstimmung zwischen Produktdesignern und Ingenieuren gemeinsam bewältigt. Dieser Prozess führte zu einer erfolgreichen Überführung der Anforderungen an die Einsetzbarkeit in ein vollständig durchdachtes Produktdesign. Auch die Usability war ein entscheidender Entwurfsfaktor. Wichtig war hierbei vor allem, dass das Produkt bei Menschen mit unterschiedlichen Körpermaßen und -formen nutzbar sein musste und sowohl auf dem Rücken als auch auf der Brust getragen werden konnte. Deshalb wurde viel Designarbeit in die Entwicklung eines geeigneten Tragesystems gesteckt, das einen solchen Einsatz des Mobilteils ermöglicht und sich durch eine besonders nutzerfreundliche Einrast-Funktion auszeichnet. Das Spiroergometriegerät kann mit einem simplen Handgriff sicher am Gurt befestigt werden.

Ein Curasul-Gerät. Mit dem Curasul-Gerät lässt sich ein Unterdruck erzeugen, mit dem sich die Wundheilung beschleunigen lässt.
Mit dem Curasul-Gerät lässt sich ein Unterdruck erzeugen, mit dem sich die Wundheilung beschleunigen lässt. (Bild: Wilddesign)

DFM in der Kleinserienfertigung

Ein anderes Beispiel für die enge fertigungsbezogene Zusammenarbeit zwischen Design und Engineering ist die Curasul von BSN Medical für die Wundtherapie mittels atmosphärischen Unterdrucks im Wundbereich. 2017 erhielt das Produkt den IF Design Award, der anlässlich der Auszeichnung schrieb: „Der erzeugte Unterdruck an der Wunde führt unter anderem zu einer kontrollierten Kontraktion der Wundränder, einer aktiven Drainage des Wundexsudats und fördert die Bildung von Granulationsgewebe. Das Curasul-NPWT-Gerät besteht aus einer wiederverwendbaren, desinfizierbaren Pumpe, an die drei unterschiedlich große Einwegbehälter zur Aufnahme des Exsudats angeschlossen werden können. Das Hauptaugenmerk des Konzepts liegt auf der Benutzerfreundlichkeit, insbesondere auf der Handhabung des Kanisters und der einfach zu bedienenden grafischen Benutzeroberfläche.“ Das ergonomische und bedienerfreundliche Kleingerät erfüllt alle Sicherheitsanforderungen an ein Medizinprodukt. Hier bestand eine enge Zusammenarbeit mit dem in Kunststofftechnik erfahrenen Konstrukteur Thomas Garweg. Trotz der erwarteten mittleren Stückzahlen sollte das Projekt kosteneffizient umgesetzt werden. Um große Stückzahlen preiswerter herzustellen, wurde für die verschieden großen Absaugbehälter ein modulares Prinzip entwickelt, bei dem der Außenkorpus in Stahlwerkzeugen erstellt wird und auf die jeweils identischen Rastelemente mit Ultraschall aufgeschweißt wird. Der Gerätegrundkörper aus Kunststoff wurde dagegen mit kosteneffizienteren Aluminiumwerkzeugen realisiert.

Drei verschiedene Größen des blauen Exsudatbehälters des Curasul.
Verschiedene Größen des Exsudatbehälters des Curasul. (Bild: Wilddesign)

Das haben DFM und Circular Design gemeinsam

Die Fragen der Fertigung zum Ausgangspunkt einer Produktentwicklung zu machen, hat eine Parallele zu einem anderen Trend, der heute alle Produktentwürfe zunehmend beeinflusst und seine Ursprünge ebenfalls in den 70er-Jahren hat. 1972 erschien der erste Bericht des Club of Rome „Die Grenzen des Wachstums“. Viele Prognosen, etwa über die Knappheit von Metallen oder fossilen Energieträgern haben sich zwar zunächst als verfrüht erwiesen, denn sie konnten durch Erschließung immer neuer Lagerstätten mehr als ausgeglichen werden. Aber das Bewusstsein für die Endlichkeit der Ressourcen war geweckt. Und die Bilder des blauen Planeten Erde aus dem Apollo-Programm mit seiner hauchdünnen Atmosphärenschale änderten die Einstellung von einem „alles ist technologisch lösbar“ zu einer Betrachtung natürlicher Prozesse, die sich dadurch auszeichnen, dass sie als dauerhaft geschlossene Kreisläufe funktionieren. Die Notwendigkeit dauerhaft geschlossener Kreisläufe wurde von W. McDonough und M. Braungart 2002 in ihrer Publikation „Cradle to Cradle: Remaking the Way We Make Things“ zusammengefasst und durch die internationalen Aktivitäten der Allen Mac Arthur Foundation ab 2012 maßgeblich vorangetrieben. Sie ist inzwischen zu einem Leitmotiv der europäischen Politik geworden.

Schaubild mit drei grünen Pfeilen im Kreis und darauf viele verschiedene Gegenstände wie Monitor, Kabel etc.. Die Kreislaufwirtschaft beeinflusst zunehmend auch das Design medizinischer Produkte.
Die Kreislaufwirtschaft beeinflusst zunehmend auch das Design medizinischer Produkte. (Bild: Dalle 3 / Open AI)

Im Medical Design befinden wir uns noch ziemlich am Anfang dieser Entwicklung. Aufgrund der hygienischen Anforderungen sind Single-Use-Produkte stark verbreitet. Aber immer häufiger finden sich auch für komplexe medizinische Instrumente wiederverwendbare Alternativen. Das Remanufacturing medizinischer Instrumente ist inzwischen nicht mehr nur ein Phänomen in Schwellenländern, sondern wird auch in den entwickelten Volkswirtschaften zunehmend praktiziert. Hybride Konzepte werden bei Anwendern immer populärer, bei denen die hochwertigen Technik-Komponenten zur Vielfach-Verwendung geeignet sind und Single-Use lediglich die Bestandteile werden, die unmittelbar mit dem Patienten in Berührung kommen. Und hier gibt es inzwischen ebenfalls Ansätze, diese Komponenten zu sammeln, zurückzunehmen und zu recyceln. Unübersehbar wird die Kreislaufwirtschaft zu einem prägenden Faktor auch im Medical Design werden. Interessant dabei ist, dass viele Vorgehensweisen des DFM auch den Zielen des Circular Design dienlich sind. Hier können wir also „zwei Fliegen mit einer Klappe“ schlagen, wenn wir mittels DFM die Fertigung optimieren. Nutzerzentrierte Gestaltung gibt uns den Grund und die Motivation, das richtige Produkt zu entwickeln und DFM gepaart mit Circular Design sorgt dafür, dass wir es richtig entwickeln. Usability Engineering, Circular Design und Design for Manufacturing in einem professionellen Entwicklungsprozess zusammenzudenken wird zu einer Kernkompetenz für Next-Gen Medical Design.

Quelle: Wilddesign

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