Fünf Achsen und intelligente Steuerungen unterstützen die medizinische Fertigung

Anfang 2020 erweiterte das kleine Unternehmen M5 mit Sitz in Minnesota seine Mikrobearbeitungskapazitäten durch den Kauf einer fünfachsigen Werkzeugmaschine Kern Micro Vario. Kurz darauf kaufte es ein weiteres.

Diese Käufe haben die Genauigkeits- und Toleranzgrenzen von M5 überschritten und dazu geführt, dass M5 zu einem wichtigen Anbieter für viele Unternehmen mit wichtigen medizinischen Geräten geworden ist. Heute fertigt die Vier-Personen-Werkstatt alles von mikrofluidischen Formen für Impfstoffe über Werkzeugkomponenten für die Gehirnchirurgie bis hin zu Mikroformen von Herzschrittmacher-Prototypteilen. „Zwei der besten Investitionsentscheidungen, die wir je getroffen haben“, erklärt Eigentümer Jon Baklund.

Mikrobearbeitungswerkzeuge

Die Herzschrittmacherteile erforderten acht 0,005-Zoll-Löcher, und die Sterilitätsanforderungen bedeuteten, dass die Teile nicht mit menschlichen Händen berührt werden konnten. Baklund betonte die Bedeutung der mechanischen Automatisierung und Maschinengenauigkeit, um diese Anforderungen zu erfüllen.

Die Einhaltung dieser Genauigkeit war besonders schwierig, da die Wärmeausdehnung auf diesen Mikroebenen zu Bearbeitungsproblemen führen kann – aber die Kern-Werkzeugmaschine umging diese Bedenken aufgrund einer Konfiguration, die kaltes Wasser durch die gesamte Struktur pumpt, um sie temperaturstabiler als ihre äußere Umgebung zu machen. „Dies führt oft zu enormen Kosteneinsparungen für Hersteller, die keine riesigen Klimaanlagen und mehr zur Stabilisierung ihrer Räume mehr anschaffen müssen“, sagt Kern-Präsident Toni Mangold.

Alex Madsen, leitender Werkzeugmacher und Konstrukteur bei M5, stellt weitere Prozessverbesserungen fest:„Ich verwende mit diesen Maschinen regelmäßig Schaftfräser mit einem Durchmesser von 0,003 Zoll auf gehärteten Stählen, was oft zu Oberflächengüten wie Spiegeln führt. Außerdem trägt die fünfte Achse zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer bei. Durch die Möglichkeit, fünf Seiten eines Teils gleichzeitig zu bearbeiten, muss keine zweite Aufspannung angebracht werden.“

Dynamische, zugängliche Steuerung

Obwohl er keine Erfahrung mit der Fünf-Achsen-Bearbeitung oder der Heidenhain 640 TNC-Steuerung des Micro Vario hatte, schloss Madsen die Aufträge innerhalb von anderthalb Wochen ab, nachdem M5 seinen ersten Micro Vario erhalten hatte.

„Das erste, was mir an der Heidenhain-Steuerung aufgefallen ist, war, dass sie eine verbalere Sprache für Werkzeugwechsel und ähnliches verwendet“, sagt Madsen. „Selbst wenn ich einen G-Code manuell eintippe, enthält der Programmierbildschirm eine Beschreibung, um was es sich handelt und wonach ich suchen sollte. Die Werkzeugtabelle ist schön und die Messzyklen sind auch leicht zu befolgen.“

Die Steuerungen verfügen auch über einen Remote-Desktop-Manager, der es den Mitarbeitern von M5 ermöglicht, aus der Ferne zu arbeiten und nachts Jobs einzurichten. Angesichts dieser Fähigkeit und Madsens Tendenz, jeden Tag auf zwei gleichzeitig laufenden Maschinen an fünf oder sechs verschiedenen Arten von Teilen zu arbeiten, erfordert die Werkstatt eine genaue Simulationsarbeit. Mit Funktionen wie der optionalen dynamischen Kollisionsüberwachung, die dazu beiträgt, Spindelabstürze zu vermeiden, liefert die Steuerung laut Madsen:„Ich mache im Grunde ein vollständiges Rendern meines Teils auf der Steuerung, und es gab Zeiten, in denen sie einen halben Tausendstelschritt anzeigte aus, das war im G-Code. Bei diesen wirklich winzigen Teilen, bei denen ich superfeine Oberflächengüten benötige, kann ich es also an der Steuerung beweisen und dem vertrauen, was ich sehe.“