Forschungsinfrastruktur & experimentelle Prüfkompetenzen

Das akkreditierte Prüflabor für Biomechanik (ISO/IEC 17025, Typ C) ist Teil unserer Forschungsinfrastruktur und verbindet normgerechte Prüfungen mit der Entwicklung und Validierung neuer Verfahren in Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Die Akkreditierung als Prüflabor Typ C ermöglicht uns nicht nur die Durchführung standardisierter Prüfungen nach bestehenden Normen, sondern auch die Anpassung etablierter Prüfverfahren sowie die Entwicklung, Charakterisierung und Validierung neuer Methoden für spezifische Fragestellungen. Nach erfolgreicher Validierung können diese Verfahren im akkreditierten Umfeld angewendet werden. Mithilfe moderner Messtechnik, experimenteller Tests und Simulation analysieren wir Medizinprodukte, Materialien und Systeme unter realitätsnahen Bedingungen und übertragen Forschung direkt in die Anwendung.

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Die Infrastruktur von IMES ZHAW bietet umfassende Möglichkeiten zur Materialcharakterisierung – von standardisierten mechanischen Tests bis hin zu spezialisierten Verfahren. Unsere modern ausgestatteten Prüfmaschinen und Analyseverfahren erlauben die Ermittlung des thermo-mechanischen und thermo-physikalischen Materialverhaltens sowie von Versagensmechanismen über einen weiten Bereich von Temperaturen, Dehnraten und Umgebungsbedingungen. 

Unsere Infrastruktur ermöglicht die statische und dynamische Strukturprüfung zur Verifikation von Komponenten und Geräten unter realitätsnahen Lastbedingungen. Durch gezielte Belastungs- und Ermüdungsversuche analysieren wir Festigkeit, Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit und liefern belastbare Daten für Entwicklung, Optimierung und Zulassung.

Die Expertise des Experimental Dynamics Laboratory liegt in der experimentellen Analyse dynamischer Systeme – sowohl zur experimentellen Charakterisierung als auch zur Validierung von Modellen. Wir verfügen über Messsysteme mit piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern und Laservibrometern, mit denen sich schwingende Strukturen berührungslos bis in den Megahertz-Bereich messen lassen. Diese hochgenauen Messungen können sowohl im Labor als auch vor Ort durchgeführt werden.

Unsere Infrastruktur im Bereich Rheologie ermöglicht die Untersuchung von Viskositäts-, Reibungs- und Materialeigenschaften unter definierten Belastungsbedingungen. Mit dem Rheometer Anton Paar MCR 702e führen wir klassische rheologische Messungen sowie Pin-on-Disk-Untersuchungen durch. Darüber hinaus verfügen wir über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung und dem Aufbau kundenspezifischer Prüfstände für spezielle rheologische Fragestellungen – sowohl im Bereich von Medizinprodukten als auch im klassischen Maschinenbau.

Unsere Infrastruktur für Bewegungsanalyse ermöglicht die umfassende Untersuchung menschlicher Bewegung sowie der Interaktion zwischen Mensch und Gerät. Mit modern ausgestatteten Gang- und Bewegungslaboren, Motion-Capture-Systemen, Kraftmessplatten, EMG- und IMU-Sensorik sowie Druckmess- und kalorimetrischen Systemen erfassen wir kinematische, kinetische und physiologische Parameter synchron und hochpräzise.

Im Bereich Simulation und Systemvalidierung verbinden wir numerische Modelle mit experimenteller Prüfung, um Bauteile, Implantate, technische Systeme und thermo-mechanische Prozesse realitätsnah zu analysieren und abzusichern. Dafür entwickeln wir neben Finite-Elemente-Simulationen auch massgeschneiderte Validierungsversuche und entsprechende physische Prüfstände, Simulatoren und robotergestützten Versuchssysteme für humane Untersuchungen. Moderne datengetriebene Methoden dienen ausserdem der Analyse und Optimierung komplexer Systeme und Prozesse sowie zur Entwicklung effizienter Ersatzmodelle. Durch die enge Kombination aus Simulation und experimenteller Validierung schaffen wir belastbare Grundlagen für Entwicklung, Optimierung und Verifikation komplexer Systeme.

Unser Surgical Innovation Lab für humane und tierische Präparate bietet eine kontrollierte Umgebung für experimentelle Untersuchungen unter realitätsnahen Bedingungen. Ausgestattet mit Industrie-Roboter, Operationssaal, Bioreaktor sowie steriler Werkbank ermöglichen wir präzise Implantationen, standardisierte Versuchsabläufe und die Kultivierung biologischer Proben. So lassen sich Material- und Systemverhalten sowie biologische Reaktionen zuverlässig analysieren und reproduzierbar bewerten.

Im Bereich der additiven Fertigung von Metallen betreibt das Institut für Mechanische Systeme zusammen mit dem Institute of Materials Processing and Engineering eine Laser Powder Bed Fusion Anlage für Forschungszwecke zur Untersuchung mechanischer und materialwissenschaftlicher Fragestellungen. Die modulare Architektur der Aconity3D MIDI Anlage erlaubt die Durchführung dedizierter in-situ Experimente mit modernster Sensorik (Pyrometrie, Thermografie, High-Speed Monitoring, etc.) zur Untersuchung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung und zur Validierung spezialisierter Prozesssimulationsmodelle in der metallischen additiven Fertigung. Ein Hauptfokus liegt dabei auf der Entstehung und Vermeidung von Verzug und Eigenspannungen. Zu diesem Zweck stehen neben einem 500W Gauss Laser (≥50µm) auch ein 1200W AFX Ringlaser (≥100µm) sowie eine Bauplattenheizung (<800°C) und eine in-situ Versuchskammer zur Verfügung.

Unsere Infrastruktur umfasst eine Vielzahl optischer und bildgebender Messverfahren für mechanische und biomechanische Untersuchungen. Mit Systemen wie Digital Image Correlation (DIC), Video-Extensiometrie, 3D-Scanning, Motion Capture, Vibrometrie sowie hochauflösender Mikroskopie analysieren wir Bewegungen, Deformationen, Schwingungen und Oberflächen berührungslos und mit hoher Präzision. Die Verfahren eignen sich sowohl für klassische material- und strukturmechanische Fragestellungen als auch für biomechanische Untersuchungen an Probanden, Implantaten und technischen Geräten.

Unsere Infrastruktur für Bewegungsanalyse ermöglicht die umfassende Untersuchung menschlicher Bewegung sowie der Interaktion zwischen Mensch und Gerät. Mit modern ausgestatteten Gang- und Bewegungslaboren, Motion-Capture-Systemen, Kraftmessplatten, EMG- und IMU-Sensorik sowie Druckmess- und kalorimetrischen Systemen erfassen wir kinematische, kinetische und physiologische Parameter synchron und hochpräzise.

Unsere Infrastruktur für Fertigung und Prototyping ermöglicht die schnelle und flexible Umsetzung von Entwicklungs- und Forschungsprojekten – von der ersten Idee bis zum funktionsfähigen Prototypen. Dafür stehen verschiedene 3D-Druckverfahren im Filament- und SLA-Bereich zur Verfügung. Ergänzt wird die additive Fertigung durch eine mechanische Werkstatt mit konventionellen Bearbeitungsverfahren. Für spezialisierte oder skalierte Fertigungsaufgaben greifen wir zudem auf ein etabliertes Netzwerk aus ZHAW-internen und externen Fertigungspartnern zurück.