In den letzten Jahren ist der Gebrauch von Schnelltests enorm gewachsen, nicht zuletzt durch die Corona-Pandemie. Die Einmaltests haben sich hinsichtlich des Lateral-Flows und der Ergebnisgenauigkeit weiterentwickelt. Die Test-Kits, insbesondere die Gehäuseform sind allerdings eher gleichgeblieben. Hieraus entstand die Idee einer Plattform-Lösung für Diagnostik-Tests, die mit möglichst wenig Material auskommt und die man für unterschiedliche Nachweise umsetzen kann. Frau Dr. Tina Hassberg hat mit der Gründung von Solios Diagnostics und mit dem Patent für RapidoDX, eine All-in One Plattform für Lateral Flow Imuno Assays, eine neue und nachhaltigere Entwicklung angestoßen.
Ein Design for Manufacturing Ansatz für spätere Skalierbarkeit
Beim Projekteinstieg war ein erster Entwurf bereits vorhanden. Bei eingehender Analyse mittels eines digitalen Zwillings stellten sich erste Probleme für die spätere Umsetzung in die Serienreife heraus. Das Sanner Engineering Team führte daraufhin verschiedene Bauteiloptimierungen durch, darunter Wandstärkenanpassungen, Entformungsschrägen und das Gewinde wurden angepasst. Untersuchungen hinsichtlich der Bedienkräfte wurden durchgeführt und insbesondere die Lage und der Biegungsgrad des Teststreifens angepasst, um einen optimalen Lateral Flow zu gewährleisten.
Virtuelles Protoyping spart Zeit und Geld
Der größte Vorteil digitaler Zwillinge liegt in der Zeit- und Kostenersparnis: Dank der Simulation der Werkzeuge mit unterschiedlichen Kunststoffmaterialien lässt sich schnell definieren, welches Material für einen bestimmten Artikel prozessseitig am geeignetsten ist und welche Teilekonstruktion die Artikelfunktion gewährleistet. Werkzeugänderungen und -optimierungen können virtuell vorab geprüft werden. Das spart aufwändige Materialtests sowie die Zeit für Testläufe auf Spritzgussmaschinen. Eventuell auftretende Probleme wie Lufteinschlüsse oder Schwierigkeiten mit Schwindung und Verzug lassen sich am digitalen Zwilling erkennen und beheben, noch bevor die eigentlichen Werkzeuge in die Fertigung gehen. Dank der permanenten virtuellen Optimierung der Werkzeugkonstruktion lassen sich so zuverlässig konforme, hochwertige Teile herstellen.
Auch aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht lohnt sich die Simulation: Der digitale Zwilling zeigt, wo sich Zykluszeiten und Material reduzieren lassen – was sich wiederum positiv auf die Umweltbilanz auswirkt: Produkte werden nachhaltiger und der Materialauschuss wird verringert. Richtig eingesetzt führt die Simulation zu einer deutlich geringeren Fehlerrate. Sie vermeidet teure und zeitraubende Werkzeugkorrekturen, bringt eine schnellere Bemusterung mit weniger Ausschuss und Abfall mit sich und unterstützt eine kürzere Markteinführungszeit sowie eine effizientere Produktion mit besseren Zykluszeiten.
Rapid Prototyping für Handlingsversuche
Erste 3D-gedruckte Muster, um die Handhabung und Optik zu testen, wurden im Sanner Technikum im sogenannten SLA-Druck (Stereolithografie), einem 3D-Druckverfahren, hergestellt. Dieser eignet sich vor allem für medizintechnische Anwendungen, da hier auch biokompatible Materialien gemäß DIN ISO 10993 verarbeitet werden können. Die von Sanner verwendeten Materialen haben im Vergleich zu herkömmlichen Polyolefinen ähnliche mechanische Eigenschaften, wenn auch nicht identische. Dies vereinfacht die Überprüfung von verschiedenen Produkteigenschaften. Gerade komplexere Teile lassen sich für die optische und taktile Messung nutzen. Die Entwicklung von Prozessen und Montagekonzepten ist so besser planbar, was diesen Entwicklungsschritt deutlich beschleunigt. Prototypen lassen sich mitunter innerhalb eines Tages herstellen und testen.
Alu-Musterwerkzeug für die erste Kleinserie
Nachdem die 3D-gedruckten Muster das gewünschte Ergebnis erbrachten, wurde im nächsten Schritt das Design in ein Aluminiumwerkzeug übertragen, um Muster aus herkömmlichen Polyolefinen für weiterreichende Tests zu erhalten. Hierfür müssen die Prototypen exakt die gleichen Funktionalitäten aufweisen wie das finale Produkt, um die Ergebnisse der Studie nicht zu verfälschen.
Der nächste Schritt: Umsetzung mit einem biobasierten Kunststoff
Ein benutztes Diagnose-Kit muss, wie es das Gesetz vorschreibt, im Müll entsorgt werden, da es kontaminiertes Material enthalten kann. Wenn es dann am Ende aus Sicherheitsgründen verbrannt werden muss, wird CO2 freigesetzt. Daher sollte es für eine bessere Nachhaltigkeit aus möglichst wenig Material bestehen und idealerweise aus biobasiertem Kunststoff, der aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt wird. Die Umsetzung des Devices in biobasiertem Kunststoff befindet sich aktuell bei Sanner in der Erprobung.