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Fräsmaschinen für die Medizintechnik

14.05.2009
Das Segment Implantate und medizinische Geräte der Medizintechnik stützt sich in der Herstellung vieler wichtiger Produkte auf Werkzeugmaschinen, wie sie auch in der Präzisionsfertigung der Metallbearbeitung üblich sind. Dennoch gibt es besondere Anforderungen, etwa an Fräsmaschinen.

Die besonderen Anforderungen an Werkzeugmaschinen im Umfeld der Medizintechnik betreffen vor allem die Maschinen- und Prozessfähigkeit, die Zuverlässigkeit von Maschine und Peripherie, die Bedienerfreundlichkeit und die Integrierbarkeit in die bestehenden Produktionsumfelder in der Medizintechnik-Industrie. Hinzu kommt die Pflicht für den Hersteller, für Dokumentation und Rückverfolgbarkeit zu sorgen und das Risiko von prozessbedingten Fehlern zu minimieren.

Die Fräsmaschine Mikron HSM 400U Prodmed und Mikron HSM 400U Prodmed Dental unterscheiden sich durch die Größe des Spannsystems und die Art des Spänemanagements. Im Dentalbereich sind die Werkstücke nicht größer als ein Würfel mit der Kantenlänge von 10 cm. Deshalb wird ein entsprechend kleines Spannsystem (System 3R Macro) verwendet, dessen wichtiger Vorteil in kleineren Störkonturen liegt.

Fräsen von Titan und hoch legierten Stählen

Titan spielt bei Implantaten eine Hauptrolle. Beim Schruppen dieses metallischen Werkstoffs kann es zur Aufbauschneidenbildung am Werkzeug kommen. Niedrige Spindeldrehzahlen und größere Zustellungen sind der Schlüssel zur Problemlösung. Zugleich werden aber für die Schlichtbearbeitung desselben Werkstücks Spindeldrehzahlen bis 30 000 min-1 oder höher benötigt. Deshalb werden Motorspindeln des Schweizer Herstellers Step-Tec verwendet, die die gewünschte Bandbreite bieten. Wichtig ist außerdem die stimmige Dynamik der beteiligten Maschinenelemente. Diese Flexibilität bringt kurze Taktzeiten und im Fertigungsergebnis hohe Oberflächengüte.

Andere Anforderungen an das Maschinenkonzept stellen hoch legierte Stähle, beispielsweise X10CrNiS 18-9. Für sie soll die Spindel ein besonders starkes Drehmoment zur Verfügung stellen. Das gesamte Maschinensystem muss dementsprechend konzipiert werden. Die Fräsmaschine Mikron UCP 600 Vario Prodmed wurde dazu mit angestellten und geklemmten Achsen versehen, auf der Fünfachsteile bei hohem Materialabtrag gefräst werden können. Werkzeug- und Palettenwechsler ermöglichen flexible Automationslösungen.

Hygienisch fräsen mit Schneidöl

Die Fräsmaschinen oder Bearbeitungszentren können auch für den Betrieb mit Schneidöl vorgesehen werden. Das ist zwar aus hygienischen Gründen nicht zwingend notwendig, wird aber – ähnlich wie in der Uhrenindustrie – gelegentlich anstelle der Emulsion bevorzugt. Oberste Priorität hat ein sauberes Endprodukt. So darf es an den Werkstücken keine sichtbaren Mängel wie Rückstände von Bearbeitungsstoffen oder Grate geben. Auch Reinraumtechnik und Sterilisation können Anforderungen an die Prozessabläufe sein.

Die von GF Agie-Charmilles entwickelten Smart-Machine-Module sollen das Fräsen intelligent machen. Eine umfassende Kommunikation zwischen Mensch und Maschine verschafft dem Bediener genau die Information, die er zur Beurteilung des Zerspanungsvorgangs braucht. Das setzt ihn in die Lage, die Prozesssicherheit zu verbessern und die Werkstückqualität zu erhöhen, vor allem für den mannlosen Betrieb. Insgesamt ist der so optimierte Fräsvorgang leistungsstärker.

Prodmed-Fräsmaschinen mit Lasern für die Werkzeugmessung ausgestattet

Die Prodmed-Fräsmaschinen sind mit Lasern für die Werkzeugmessung sowie mit 3D-Tastern für die Werkstückmessung ausgestattet – eine Voraussetzung dafür, dass in der Produktion zuverlässige und rückverfolgbare Resultate entstehen. Im Zusammenspiel der Steuerung iTNC 530 von Heidenhain und den zum Lieferumfang gehörenden Software-Modulen Smart Machine lassen sich Maschinen- und Prozesszustände optimieren und überwachen, außerdem – falls gewünscht – per Telefon übermitteln. Die Prozess-Daten stehen für Dokumentationen zur Verfügung.

Die Vielfalt gefräster Teile für die Medizintechnik ist groß. Auch bei individueller Fertigung, also bei der Stückzahl 1, ist ein durch Automation unterstützter Fertigungsprozess gefragt. So werden Implantat-getragene Brückengerüste auf einer Mikron HSM 400U Prodmed Dental nach einem Programm der CAM-Software Hyperdent von Open Mind fünfachsig gefräst.

Noch relativ neu ist die Herstellung vollkeramischer Brückengerüste. Vergleichbar mit der Herstellung von Werkzeug-Schneidplatten aus Hartmetall oder Keramik werden Grünlinge gesintert. Das beim Sintern entstehende Schwundmaß ist genau berechenbar.

Bearbeitungszentrum für die Dentaltechnik

Das Bearbeitungszentrum Mikron HSM 400U Prodmed Dental bringt mit kleinsten Fräsern von etwa 1 mm Durchmesser und mit Schleifstiften die gewünschte Form nach CAD/CAM-Daten des Dentallabors in stabförmige Grünling-Halbzeuge ein, bei Spindeldrehzahlen bis 42000 min-1. Wirbelsäulen-Implantate lassen sich auf einer Mikron HSM 400U Prodmed herstellen. Die Oberschenkelraspel, ein Werkzeug der Chirurgie, entsteht auf der Mikron UCP 600 Vario Prodmed.

Auch in der Medizintechnik führt oft eine intelligente Verfahrenskombination zum wirtschaftlichsten Ergebnis. An einem Gerät für die Augenchirurgie werden einige Partien auf der Mikron HSM 400 Prodmed gefräst. Der zugehörige Mikrokeratomkopf entsteht jedoch auf einer Schneiderodiermaschine AC Vertex F. Hier wird ein Teil des augenchirurgischen Instruments per Drahterosion innen und außen bearbeitet. Ein solcher Mikrokeratom ist ein äußerst präzises elektronisch gesteuertes Schneideinstrument. Das Werkstück hat die Größe eines Daumennagels.

Mehrere Bearbeitungsverfahren kommen zum Einsatz

Inzwischen gibt es in der allgemeinen Präzisionsfertigung auch Teilebeispiele, bei denen an ein und demselben Teil gefräst und erodiert wird, wenn scharfe Innenecken oder tiefe Kavitäten gebraucht werden.

Das Potenzial für medizintechnische Produkte hat viele Fassetten, es ist infolge des wissenschaftlichen Fortschritts und der demografischen Entwicklungen trotz der gegenwärtigen Weltwirtschaftskrise ein Wachstumsmarkt. Für die Hersteller ergeben sich aber auch ständig neue Herausforderungen, denn die steigende Zahl der Anbieter führt zu einem zunehmenden Druck auf die Produktionskosten und damit einem Streben nach Verbesserung der Wirtschaftlichkeit in der Medizintechnik-Fertigung.

Alexandre Condrau | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/spanende_fertigung/articles/187734/

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