Wenn sich eine CNC-Drehmaschine nicht dreht

Die zweite Dreh-Fräsmaschine mit B-Achse von MoManTech eingekauft, führt derzeit keinerlei Dreharbeiten aus und fertigt eine Reihe von komplexen, prismatischen medizinischen Komponenten aus Stangenmaterial. (Alle Fotos mit freundlicher Genehmigung von MoManTech.)

Ich habe eine Reihe sehr fortschrittlicher Bearbeitungsunternehmen besucht, die sich mitten im Nirgendwo befinden. Aufgrund der Reisebeschränkungen des Coronavirus konnte ich MoManTech – die in dieser Geschichte vorgestellte Präzisionsmaschinenwerkstatt – in Sheridan, Montana, nicht besuchen. Aber „mitten im Nirgendwo“ beschreibt Inhaber Kirt Johnston genau das Gebiet seines Unternehmens.

Es brauchte einen Vertrauensvorschuss für ihn und seine Familie, um dorthin zu gelangen. Ursprünglich aus Indiana, war er bei einem Medizingerätehersteller in Warschau in die Führungsetage aufgestiegen. Im Jahr 2003, im Alter von 31 Jahren, setzte er Pläne zum Kauf des Unternehmens um. Seine Pläne änderten sich, als er aufgrund von arbeitsbedingtem Stress im Krankenhaus landete.

Kirt Johnston zog in Indiana ein, um umzuziehen seine Familie nach Montana, wo er eine kleine Maschinenwerkstatt erwarb. Er erweiterte das Gebäude umgehend um 4.000 Quadratfuß Nutzfläche sowie um eine Vielzahl fortschrittlicherer CNC-Geräte.

Durch Zufall erfuhr er von einer kleinen Maschinenwerkstatt in einer 700-Einwohner-Stadt in Montana, die von einem Eigentümer verkauft wurde, der eigene gesundheitliche Probleme hatte und den Ruhestand anstrebte. Dieser 1.800 Quadratmeter große Laden hatte nur ein paar Kniemühlen und drei Motordrehbänke. Aber es stand auf einem drei Hektar großen Grundstück mit mörderischer Aussicht. Um es kurz zu machen, er kaufte diesen Laden und zog mit seiner Familie dorthin, wobei er die Sicherheit einer bestehenden Beschäftigung für die Unbekannten hinterließ, die diese neue Erfahrung mit sich bringen würde.

Und wenn ich sage, er hat seine Familie dorthin verlegt , das tat er tatsächlich. Ein paar Jahre lang lebten seine Frau und Geschäftspartnerin Michelle und zwei Jungen – damals 2 und 5 Jahre alt – in einer 800 Quadratmeter großen Wohnung, die an das Geschäft angeschlossen war.

Die Situation ist jetzt ganz anders. Nachdem er im Juli 2004 dorthin gezogen war, erweiterte Johnston die Werkstatt um 4.000 Quadratfuß und begann, Mitarbeiter und fortschrittlichere CNC-Ausrüstung wie Fräser, ein Drehzentrum, Langdrehmaschinen, eine Drahterodiereinheit und B-Achsen-Drehfräser einzustellen.

Die erste B-Achsen-Drehfräsmaschine von MoManTech, die 2012 gekauft wurde, ermöglichte es der Werkstatt, sich komplexeren medizinischen Arbeiten zu widmen. Sein zweiter tat es auch. Letztere ist eine QuickTech 9-Achs-Dreh-Fräsmaschine S42ATM mit Gegenspindel von Absolute Machine Tools, die im vergangenen Juli installiert wurde. Das Interessanteste an dieser Maschine, die sowohl Dreh- als auch Fräsarbeiten ausführen kann, ist vielleicht, dass sie ausschließlich zum Fräsen verwendet wird. „Ich habe noch nie ein Drehwerkzeug darin installiert“, sagt Johnston. Die Verwendung dieser Maschine auf diese Weise hat es der Werkstatt ermöglicht, schnellere Umrüstungen für die 100 verschiedenen Teilenummern in zwei Teilefamilien durchzuführen, die über die Maschine laufen, während die Option für zusätzliche prismatische Bearbeitungen aus Stangenmaterial offen gelassen wird, falls sich diese Bearbeitung anbieten sollte.

Kein Zurück

MoManTech ist nach ISO 13485 zertifiziert und auf chirurgische Geräte für Wirbelsäulen-, Trauma-, große Gelenk- und Zahnanwendungen sowie Implantate spezialisiert. Seine vielfältigen Fähigkeiten ermöglichen es ihm, ein virtueller One-Stop-Shop für die Bedürfnisse seiner medizinischen Kunden zu sein. Zusätzlich zu seinen vielfältigen Bearbeitungsmöglichkeiten verfügt das Geschäft über interne Sekundärprozesse wie Laserätzen / -markieren, Ultraschallreinigung und Zitronenpassivierung. MoManTech hat auch Kunststoff- und Metall-3D-Drucker, die es hauptsächlich zur Herstellung von Vorrichtungen verwendet, die im Geschäft verwendet werden (siehe Seitenleiste unten).

MoManTech bearbeitet eine Reihe von Komponenten für medizinische Geräte und Implantate.

Der QuickTech S42ATM war die jüngste Anschaffung von Investitionsgütern. Johnston nennt den Preis und die kompakte Größe als Hauptgründe für die Wahl dieses Modells. Er schätzt aber auch, dass es statt einer Werkstückspannvorrichtung für die Rückseitenbearbeitung eine vollwertige C-Achs-Gegenspindel gibt. Die dreiachsige Gegenspindelbewegung trägt auch zur geringen Größe der Maschine bei, da sie sich in der X-Achse über und unter der Teilemittellinie bewegen kann, um der B-Achsen-Frässpindel einen besseren Zugang zum Teil zu ermöglichen. Die B-Achse hat einen 3-PS-Motor mit 10.000 U/min und einen Arbeitsbereich von 190° (±95° von der Senkrechten).

Die Maschine hat eine Stangenkapazität von 30 mm. Anstatt einen Stangenlader zu verwenden, wird ein Stangenzieher verwendet, um in drei Fuß Länge gesägtes Material in den Arbeitsbereich zu bringen. Dadurch wird der Platzbedarf der Maschine weiter reduziert.

Anstatt eine Teilespannvorrichtung für die Rückseitenbearbeitung zu haben verfügt dieser Dreh-Fräser über eine vollständige C-Achsen-Gegenspindel.

Sowohl die Hauptspindel als auch die Nebenspindel verfügen über Direktantriebsmotoren mit 6.000 U/min und 5 PS. Sie sind synchronisiert, um eine genaue Teileübergabe für die Rückseitenbearbeitung zu ermöglichen. Der automatische Werkzeugwechsler (ATC) hat 24 Stationen zur Aufnahme von HSK-40T-Werkzeughaltern.

MoManTech betreibt derzeit zwei Teilefamilien auf dieser Maschine. Das eine ist eine Familie von Titanimplantaten und das andere für medizinische Geräte aus Edelstahl. Alle Teile erfordern eine 5-Achs-Bearbeitung (Positionierung, nicht Vollkonturierung) sowie eine Rückseitenbearbeitung. Typische Chargengrößen reichen von 5 bis 25. Die Herstellung prismatischer Teile aus zylindrischem Stangenmaterial vereinfacht die Einrichtung im Vergleich zu einer herkömmlichen Mühle, die möglicherweise eine spezielle Vorrichtung erfordert.

Um die Bodenfläche zu minimieren, ist diese B-Achse turn-mill hat keinen Stangenlader. Stattdessen wird Stangenmaterial in 3-Fuß-Längen gesägt und in die Arbeitszone gezogen.

Johnston nutzt die Kapazität des ATC, um viele Standardwerkzeuge, die für die meisten Jobs verwendet werden, installiert zu halten. Auf diese Weise ist für diese häufig verwendeten Werkzeuge kein Anfassen erforderlich, wodurch die Umrüstzeit auf einen neuen Auftrag verkürzt wird. Umstellungen erfordern in der Regel nur eine Berührung am Ende des Stangenmaterials, um den Arbeitsort und alle neuen Werkzeuge festzulegen, die für den neuen Job hinzugefügt werden. Absolute Machine Tools hat auch benutzerdefinierte Makros erstellt, um Werkstückversätze von der Hauptspindel auf die Gegenspindel zu übertragen. Auf diese Weise ist nur an der Hauptspindel eine Werkzeugabtastung erforderlich.

Benutzerdefinierte Makros ermöglichen Werkstückversätze von der Hauptspindel auf die Gegenspindel aufzubringen. Daher ist eine Werkzeugabtastung nur an der Hauptspindel erforderlich.

Die effektive Bearbeitung von prismatischen Teilen aus Stangenmaterial erfordert Überlegungen darüber, wie ein blockiges Teil innerhalb des Volumens von zylindrischem Stangenmaterial „ausgerichtet“ wird. Johnston versucht, den Großteil der Bearbeitung auf der Spindelseite durchzuführen und hinterlässt ein Merkmal, das für die Gegenspindel leicht zu greifen ist, um die Rückseite zu bearbeiten. Dies erfordert möglicherweise nur die Bearbeitung von Taschen in den Gegenspindelbacken anstelle von kundenspezifischen Greifern. Die meisten Teile werden komplett bearbeitet und die Teile werden von der Gegenspindel in eine Sammelvorrichtung ausgeworfen.

Mehr Arbeit am (Big Sky) Horizon?

Als ich Anfang Mai mit Johnston sprach, sagte er, sein Geschäft sei durch die COVID-19-Pandemie nicht negativ beeinflusst worden. Seltsamerweise bot es tatsächlich die Möglichkeit, Personal einzustellen. Er hat Leute eingestellt – eine Vollzeit und zwei Teilzeit vom College – die ihre Sommerjobs verloren haben. Außerdem ist es möglich, dass das Geschäft mit der Wiederaufnahme der Wahloperationen mehr Arbeit im Zusammenhang mit diesen Eingriffen sehen kann. Dies könnte später zu zusätzlichen Maschinenkäufen führen. Und wer weiß, vielleicht führt diese neue Drehmühle tatsächlich Jobs aus, die eine Drehbearbeitung erfordern.

3D-Druck in einer Maschinenhalle

Diese glasfaserverstärkte Kunststoffhalterung ist mit MoManTech bedruckt verwendet, um ein fünfachsiges, spanabhebend bearbeitetes Teil zu halten.

MoManTech hat zwei 3D-Drucker von Markforged, eine Einheit, die Kunststoff druckt, und eine andere, die Metall druckt. Diese Drucker verwenden das Fused-Filament-Fertigungsverfahren (FFF). Beim Kunststoffdruck erhitzt der Drucker das thermoplastische Material bis nahe an seinen Schmelzpunkt und extrudiert es aus einer Düse. Die Düse wird auf einer Bauplatte in X- und Y-Richtung bewegt, um Schicht für Schicht ein Teil zu erstellen. Das Onyx-Basismaterial von Markforged – Nylon gemischt mit gehackter Kohlefaser – soll 1,4-mal stärker als ABS sein. Außerdem kann der Shop je nach Anwendung Schichten aus Glasfaser, Kevlar oder Kohlefaser hinzufügen, um stärkere Eigenschaften zu erzielen. Es ist auch möglich, Einsätze mit Metallgewinde hinzuzufügen. Dazu wird der Druckauftrag zum geeigneten Zeitpunkt gestoppt, die Beilage hinzugefügt und der Druck fortgesetzt, wobei die Beilage in das Objekt eingekapselt wird. Das Geschäft verwendet diesen Drucker üblicherweise zur Herstellung von Befestigungsvorrichtungen aus Kunststoff. Nahezu alle Vorrichtungen, die auf der Lasermarkiermaschine von MoManTech verwendet werden, sind aus Onyx-Material 3D-gedruckt.

Diese bedruckte Kunststoffhalterung für den Laser des Ladens Marker enthält Schlüssel, um die richtige Ausrichtung der Teile sicherzustellen.

Die Metal X-Einheit wird verwendet, um kundenspezifische harte Vorrichtungen aus 17-4-Edelstahl zu drucken, um komplexe Teile auf Fräsmaschinen zu halten. Laut Johnston ist das Drucken von festen Vorrichtungen hilfreich, da er keine Person aus einem Produktions-Bearbeitungszentrum nehmen muss, um Vorrichtungen zu bearbeiten. Die Vorrichtung kann entworfen und dann (bei Bedarf über Nacht) gedruckt werden, damit sie am nächsten Tag verwendet werden kann. Und angesichts der komplexen Geometrie einiger Teile, die diese Vorrichtungen halten müssen, kann die Bearbeitung einer Vorrichtung schwierig, wenn nicht sogar unmöglich sein, bemerkt Johnston.

Dieser Drucker verwendet zwei Materialspulen:Eine enthält Metallpulver und ein Bindemittel in einer Kunststoffummantelung. Das zweite ist Keramikpulver, das in Kunststoff eingeschlossen ist. Spulen werden durch einen Heizblock geführt, erhitzen den Kunststoff auf seinen Schmelzpunkt und führen ihn durch eine Extrusionsdüse. Die Einheit legt zuerst Schichten des Keramikmaterials ab, das zum Trennen von Teilen von Einwegdruckbögen verwendet wird, die durch Vakuum auf dem Bett der Einheit gehalten werden. Das Keramikmaterial wird auch verwendet, um bei Bedarf Stützstrukturen für das Metall zu schaffen. Nachdem der Druckvorgang mit der Edelstahlspule abgeschlossen ist, werden die Teile gesintert, wodurch das Metallpulver zu festem Metall verschmilzt.