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Biaxiale und triaxiale Pr├╝fung an Biomaterialien

Nat├╝rliche Biomaterialien unterliegen mehrachsigen Belastungen, die auch durch geeignete Pr├╝fmaschinen appliziert und gemessen werden k├Ânnen.

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  • Branchenbrosch├╝re: Medizintechnik PDF 6 MB
  • Produktinformation: Nachvollziehbare und sichere Pr├╝fergebnisse FDA 21 CFR Part 11 PDF 1 MB

Biaxiale Pr├╝fung an Biomaterialien

F├╝r eine ad├Ąquate Modellierung m├╝ssen zun├Ąchst das mechanische Verhalten und dessen verursachende (darunterliegende) Struktur der Gewebe genau bestimmt werden. Da biologische Gewebe im k├Ârperlichen Verbund immer mehrachsigen Belastungen ausgesetzt sind, besteht f├╝r die Erforschung dieser Belastungen der Bedarf an einer Pr├╝fmaschine, die mehrachsige Belastungen auf die Gewebeprobe aus├╝bt. 

Infolgedessen wurde eine Biaxial-Pr├╝fmaschine entwickelt, die speziell f├╝r die mechanische Charakterisierung von weichen nat├╝rlichen und k├╝nstlichen Materialen ausgelegt ist. Sie integriert vier Linearantriebe, die unabh├Ąngig voneinander ├╝ber Position, Kraft oder Dehnung geregelt werden. Die Kraftmessung erfolgt ├╝ber (wasserdichte) Kraftaufnehmer, jeweils zwei in X- und Y-Richtung. Hinzu kommen die vier Mess-, Steuer- und Regelelektronikeinheiten sowie ein Fl├╝ssigkeitsbeh├Ąlter zur optimalen Temperierung des Mediums. Die maximale Pr├╝fkraft liegt bei 100 N je Aufnehmer, die Aufl├Âsung erreicht 0,6 mN. Der Verfahrweg f├╝r die Zugmessung ist 50 mm (Aufl├Âsung 0,1 ╬╝m) und die maximale Geschwindigkeit 2.000 mm/min. 

 Neben klemmenden Einspannvorrichtungen k├Ânnen die Proben ├╝ber Haken und Schn├╝re mit einer drehbaren Einspannvorrichtung mit den Kraftaufnehmern verbunden werden. Durch diese Vorrichtung kommt es zu einer homogenen Krafteinleitung in die Probe, und damit auch zu einer homogenen Kraftverteilung in der Probe. Ein weiterer gro├čer Vorteil der Biaxial-Pr├╝fmaschine ist der Laser-Speckle-Extensometer. Er erm├Âglicht eine ber├╝hrungslose und zweidimensionale Dehnungs- und Verformungsmessung ohne Probenmarkierungen. Das Messprinzip beruht auf der Auswertung von Specklemustern, die durch Beleuchtung der Probenoberfl├Ąche mit einem Laser entstehen, dort reflektiert und mit einer Kamera aufgenommen werden. 

 Die nat├╝rliche Biomaterialprobe wird zun├Ąchst experimentell im Labor getestet, anschlie├čend werden diese Daten in einem mathematischen Modell abgebildet und schlie├člich in ein Computermodell ├╝bertragen. Auf Basis der Materialeigenschaften, die mit der Biaxial-Pr├╝fmaschine ermittelt werden, kann z. B. die virtuelle Rekonstruktion der Herzwand verfolgt und die Vorhersagbarkeit des (krankhaften) Verhaltens der Herzwand untersucht werden.

Alternative Pr├╝fl├Âsung

Eine weitere biaxiale Pr├╝fmaschine besteht aus 4 elektromechanischen Pr├╝fzylindern mit je 1 kN Belastbarkeit und 200 mm Weg. Die L├Ąngen├Ąnderung des Pr├╝flings wird mittels laserXtens/videoXtens Extensometer erfasst. Eine Temperierung f├╝r das Wasserbad ist direkt integriert. 

Triaxiale Pr├╝fung an Biomaterialien und Gewebe

Um die Schereigenschaften von weichen biologischen (orthotropen) Geweben bestimmen zu k├Ânnen, wurde ein Pr├╝fsystem f├╝r triaxiale Anwendungen entwickelt und gebaut. Die Pr├╝fmaschine besteht aus zwei Hauptkomponenten: 

Eine obere Plattform, welche vertikal (in die z-Richtung) verfahrbar ausgef├╝hrt ist und eine untere Plattform, welche in der horizontalen Ebene in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen (die x- und y-Richtungen) verfahrbar ausgef├╝hrt ist. Die Gewebeprobe ist w├Ąhrend des Tests mit der oberen und unteren Plattform mit einer d├╝nnen Superkleber-Schicht verbunden und in einer geeigneten physiologischen und temperierten L├Âsung eingetaucht. Die untere Plattform bewegt sich relativ zur horizontal fixierten oberen Plattform, wodurch die Probe geschert wird. Die auftretenden Kr├Ąfte in die drei orthogonalen Richtungen (x-, y- und z-Richtung) k├Ânnen simultan mit einer an der oberen Plattform montierten speziellen Kraftmessdose gemessen werden. 

Der Verfahrweg der senkrecht zueinanderstehenden x- und y-Linearantriebe ist ┬▒14 mm (Wegaufl├Âsung 0,25 ╬╝m) mit einer max. Geschwindigkeit von 3000 mm/min. Die maximale Pr├╝fkraft des 3-Achsen-Kraftsensors in den drei Richtungen betr├Ągt je 2 N und die Messgenauigkeit ist mit 0,5 % des Messwerts determiniert. Das ├ťbersprechverhalten des Kraftsensors zwischen der x- und y-Richtung ist mit gr├Â├čer als 0,5 % vom Endwert und zwischen x/y und z ist mit gr├Â├čer als 1 % vom Endwert festgelegt.

Interessante Kundenprojekte

Biaxiale Pr├╝fmaschine f├╝r Biomaterialien
Branchen
  • Medizintechnik
Pr├╝fkraft
  • 50 N - 200 N
Versuchsart
  • Unixial
  • Biaxial
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