gesponsertRöchling Medical unterstützt als Partner von Beginn an Nachhaltige Produktentwicklung in der Medizintechnik – so kann es funktionieren

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Röchling Medical SE

Die steigende Belastung der Umwelt durch Kunststoffabfälle hat zu einem Umdenken der Produktentwicklung in allen Branchen geführt. Insbesondere in der Medizinbranche kann aufgrund der hervorragenden Eigenschaften wie Haltbarkeit, Sterilität und Vielseitigkeit kaum auf Kunststoffe verzichtet werden. Doch wie müssen neu generierte Konzepte und Prozesse aussehen, um damit Medizinprodukte und deren Verpackungen schon in der Entwicklung nachhaltiger zu gestalten? Hier kann Röchling Medical als Entwicklungs- und Herstellungspartner mit umfassender Expertise helfen.

Die große Menge an Ressourcen, die in Form von Kunststoffen in der Medizintechnik eingesetzt werden, verdeutlicht die Herausforderungen und die Notwendigkeit für nachhaltige Lösungen in Bezug auf Entsorgung und Wiederverwendung. Die gängige Praxis, dass viele Medizinprodukte als Einwegartikel konzipiert werden, stellt jedoch die eigentliche Herausforderung dar. Denn Produkte, die mit Patienten in Kontakt kommen, werden hauptsächlich thermisch verwertet, da das Recycling mit einem hohen logistischen und sicherheitstechnischen Aufwand verbunden ist.

Die nachhaltige Gestaltung von Kunststoffprodukten in der Medizin ist ein komplexer Prozess, der durch verschiedene Faktoren beeinflusst wird. Unter anderem werden durch die strengen Hygiene- und Sicherheitsanforderungen, die in der Medizin- oder Medizinprodukte- bzw. -technik-Industrie gelten, die Auswahl nachhaltiger Materialien begrenzt. Zudem unterliegen Medizinprodukte strengen gesetzlichen Bestimmungen und Regularien. Jede Veränderung am Herstellungsprozess oder an den Bauteilen erfordert eine neue, umfassende Validierung, um die Einhaltung dieser Vorschriften sicherzustellen.

Um Medizinprodukte nachhaltiger zu gestalten, sind verschiedene Ansätze denkbar, die sich optimalerweise auch kombinieren lassen – entweder man setzt auf nachhaltigere Materialien, reduziert den Materialeinsatz oder ermöglicht durch einen modulares Produktdesign die Recyclefähigkeit der eingesetzten Kunststoffe.

„80 Prozent der Umweltauswirkungen von Produkten werden bereits in der Designphase definiert“, erklärt Erika Unjaev, Senior Specialist R&D bei Röchling Medical. „Deshalb müssen die Voraussetzungen für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft bereits zu Beginn geschaffen werden.“

Unterstützung von der Idee bis zur Serienfertigung

Röchling Medical ist Herstellungs- und Entwicklungspartner führender Pharma-, Biotech- und Medizintechnikunternehmen weltweit. An sechs Standorten in Deutschland, den USA sowie China entwickelt und fertigt das Unternehmen maßgeschneiderte pharmazeutische Verpackungs- und Verabreichungslösungen, Verbrauchsmaterialien für die medizinische Diagnostik sowie anspruchsvolle Komponenten und Baugruppen für Medizinprodukte.

„Unsere Kunden sind Vorreiter in der Prävention von Krankheiten und der Wiederherstellung der Gesundheit. Als zuverlässiger Partner für integrierte Lösungen tragen wir dazu bei, dass dies so bleibt. Gemeinsam entwickeln wir innovative Kunststofflösungen für die Zukunft“, sagt Lukas Rath, Head of R&D bei Röchling Medical in Waldachtal.

Durch die Bündelung von Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette können Erfahrungen und Fachwissen abteilungsübergreifend genutzt werden. Diverse Anforderungen und damit verbundene Konsequenzen lassen sich bereits im Produktentstehungsprozess antizipieren und berücksichtigen, um Ressourcen schonend zu entwickeln und zu produzieren. Im Sinne der Nachhaltigkeit bedeutet dies, dass alle produktspezifischen nachhaltigen Möglichkeiten betrachtet werden können, da die relevanten Schnittstellen direkt Hand in Hand arbeiten.

„Wir begleiten unsere Kunden von Anfang an ganzheitlich in ihrem Entwicklungsprozess: Das beginnt bei der Machbarkeitsanalyse mit Materialauswahl, die Ermittlung der Fertigungsanforderungen bis hin zur Bauteilkonstruktion, dem Erstprototyping und der laufenden Serienproduktion“, sagt Unjaev. „Je früher wir involviert sind, desto effektiver können wir in der Produktentwicklung sicherstellen, dass das Design von Anfang an in Bezug auf Funktion, Qualität, Preis-Leistungs-Verhältnis und Time-to-Market optimiert ist.“

Kombination von verschiedenen Designstrategien

Bei der Entwicklung von kundenspezifischen Medizinprodukten setzt Röchling Medical auf eine intelligente Kombination verschiedener Designansätze: Während das Design-to-Cost-Konzept auf eine Optimierung der Herstellungs- und Betriebskosten abzielt, wird beim Ansatz des Design for Manufacturing and Assembly die fertigungs- und montagegerechte Gestaltung betrachtet.

Das Design-for-Sustainability(DfS)-Prinzip wurde bei Röchling Medical als fester Bestandteil in den Produktentwicklungsprozesses integriert. Bei der Verfolgung des DfS-Prinzips werden Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts, von der Rohstoffgewinnung bis hin zum Recycling oder zur Wiederverwendung, berücksichtigt.

Mit Betrachtung diverser Aspekte im Produktdesign zielt Röchling Medical darauf ab, Ressourcen effizient zu nutzen, Abfälle und Emissionen zu minimieren, die Lebensdauer von Produkten zu verlängern und die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten (s. Abb. 2).

Innovationsworkshops: Ideen in die Tat umsetzen

Um sich zum frühestmöglichen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess eines Produktes einzubringen, bietet Röchling Medical seinen Kunden die Durchführung von gemeinsamen Innovationsworkshops an.

Je nach Kundenwunsch und -anforderungen können unterschiedliche Schwerpunkte gesetzt werden, um im jeweils individuell zusammengestellten Workshop/Projektteam methodisch Lösungen und Konzeptansätze zu erarbeiten.

Die Einsatzmöglichkeiten und Ergebnisse von Innovationsworkshops sind vielfältig. So können mit Hilfe systematischer, gemeinsamer Ideengenerierung und Design-Thinking- Methoden neue Produkte entwickelt, oder durch Designoptimierung bestehende Produkte optimiert und kunststoffgerecht ausgelegt werden. „Wir haben bereits viele Workshops mit unterschiedlichsten Schwerpunkten durchgeführt. Was alle Workshops gemeinsam hatten, war ein erfolgreiches, gemeinsam erarbeitetes Ergebnis“, sagt Lukas Rath.

„Unsere Kunden profitieren nicht nur von der gemeinsamen Kreativität, sondern auch von unserer Kompetenz und Know-how im kunststoffgerechten Design und der Optimierung für die Serienfertigung, welches wir von Beginn an gewinnbringend im Entwicklungsprozess einsetzen können“, ergänzt er.

Als Ergebnis eines von Röchling Medical geführten Workshops erhalten Kunden ein MVP (Minimal Viable Product) sowie einen Proof of Concept/Value. „Der größte Vorteil für unsere Kunden nach einem gemeinsam durchgeführten Workshop ist natürlich, dass wir die generierte Idee als Lösungsanbieter unverzüglich in die Produktentwicklung und anschließende Serienproduktion transferieren und dabei kürzere Projektlaufzeiten realisieren können“, so Rath.

Simulation als Schlüssel zur optimalen Produktentwicklung in der Medizintechnik

Mit Hilfe intelligenter Software, genauer Computer-Aided-Engineering(CAE)-Lösungen, können Simulationen an Bauteilen und Werkzeugen durchgeführt werden, um mögliche Fehlerquellen von vorneherein zu erkennen sowie zu vermeiden und ein optimales, an Kunden- und Anwendungsanforderungen angepasstes, Konstruktionskonzept zu entwickeln.

Durch Anwendung von Simulationen können wichtige Analysen im Voraus an der Herstellung von Werkzeugen und Produkten durchgeführt werden, bevor die eigentliche Fertigung beginnt. Dies kann zu einer erheblichen Reduktion der Kosten sowie des Zeitaufwandes zwischen Werkzeugbau und Serienfertigung führen. Im Vorfeld erkannte und vermiedene Fehlerquellen führen zu einer Erhöhung von Qualität und Prozesssicherheit und tragen zu einer nachhaltigeren Entwicklung und Fertigung bei, da physikalische Änderungen an Werkzeugen und Abfälle in Werkzeugbau und Fertigung reduziert werden können.

Erhebliche Verbesserung der CO₂-Bilanz von medizinischen Einwegprodukten

Am Beispiel eines Trokars, also eines sterilen Punktionsinstruments für minimalinvasive Eingriffe, das laparoskopischen Instrumenten den Zugang zum Körper ermöglicht, demonstriert Röchling Medical, wie nachhaltiges Produktdesign aussehen kann. Mithilfe von Simulationstechniken wurde die Form eines Standard-Einweg Trokars aus Kunststoff verschlankt und auf reine Funktionalität reduziert, was zur Einsparung von 32 Prozent des Materials führte. Aufgrund des optimierten Designs besteht das Instrument jetzt nur noch aus acht Bauteilen und nicht mehr aus zwölf, so dass weniger Spritzgussformen und Montageschritte benötigt werden. Die einzelnen Komponenten sind nicht mehr verklebt, sondern mit Schnappverschlüssen verbunden und lassen sich so einfach trennen und besser recyclen.

Des Weiteren werden statt fünf erdölbasierter Kunststoffe nur das umweltfreundlichere PP (Polypropylen) und biobasiertes PLA (Polylactid) sowie Silikone für die Dichtungen eingesetzt. Das Material ist zudem auf allen Teilen eindeutig gekennzeichnet. Aufgrund dieser Veränderungen reduzierte sich das Treibhauspotenzial des optimierten Trokars gegenüber Standardprodukten um 51 Prozent. Die um zehn Prozent höheren Kosten für das Rohmaterial werden durch einfachere Prozessschritte und weniger Werkzeuge ausgeglichen. Da jährlich mehr als 13 Millionen laparoskopische Eingriffe mit oftmals zwei oder mehr Trokaren durchgeführt werden, ist ein großer Effekt möglich: eine Million nachhaltige Instrumente können 50 Tonnen CO₂-Äquivalente einsparen. Erika Unjaev betont: „Wir haben gezeigt, dass auch ohne Verwendung von Rezyklaten Medizinprodukte nachhaltiger werden können.“

Kunststoffe für die Zukunft mit einem kompetenten Partner

Nachhaltige Entwicklung von Kunststoffprodukten in der Medizintechnik – das macht Röchling Medical also möglich. Denn: Kunststoffe sind und bleiben ein wertvolles Material in der Medizintechnik, das Teil der Lösung sein kann. Ob effizientes Produktdesign, Energieeffizienz oder Optimierung von Logistikprozessen – die Ansätze von Röchling Medical zur Nachhaltigkeit sind vielfältig. Die Kunden können sich sicher sein, mit Röchling Medical frühzeitig einen innovativen Partner an der Seite zu haben – und zwar ab der Produktidee. „Uns ist es wichtig, über den Tellerrand zu schauen und uns in allem, was wir tun, in die richtige Richtung zu bewegen“, betont Unjaev.

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