Fortgeschrittene 5-Achs-Bearbeitung treibt präzise Medizintechnik-Fertigung an

Anfang 2020 erweiterte der kleine, in Minnesota ansässige Betrieb M5 seine Mikrozerspanungsfähigkeiten durch den Kauf einer 5-Achs-Kern Micro Vario Werkzeugmaschine. Kurz darauf folgte eine zweite.

Diese Anschaffungen verschoben M5s Genauigkeits- und Toleranzgrenzen und machten M5 zu einem kritischen Lieferanten für viele lebenswichtige Medizintechnik-Unternehmen. Nun fertigt der Vier-Personen-Betrieb alles von Mikrofluidik-Formen für Impfstoffe über Gehirnchirurgie-Werkzeugkomponenten bis hin zu Mikroformen für Herzschrittmacher-Prototypen. „Zwei der besten Investitionsentscheidungen, die wir je getroffen haben“, erklärt Inhaber Jon Baklund.

Mikrozerspanungswerkzeuge

Die Herzschrittmacher-Teile erforderten acht Bohrungen von 0,005 Zoll Durchmesser, und Sterilitätsanforderungen bedeuteten, dass die Teile nicht von Menschenhand berührt werden durften. Baklund betonte die Wichtigkeit mechanischer Automatisierung und Maschinenpräzision, um diese Anforderungen zu erfüllen.

Diese Genauigkeit war besonders schwierig zu erreichen, da thermische Ausdehnung auf Mikroebene Bearbeitungsprobleme verursachen kann – doch die Kern-Maschine umging diese Bedenken durch eine Konfiguration, die kaltes Wasser durch die Struktur pumpt, um sie temperaturstabiler als die Umgebung zu machen. „Das führt oft zu enormen Kosteneinsparungen für Hersteller, die keine riesigen Klimaanlagen mehr benötigen, um ihre Räume zu stabilisieren“, sagt Kern-Präsident Toni Mangold.

M5-Leitender Werkzeugmacher und Designer Alex Madsen merkt weitere Prozessverbesserungen an: „Ich nutze regelmäßig Fräser von 0,003 Zoll Durchmesser auf gehärteten Stählen mit diesen Maschinen, oft mit spiegelgleichen Oberflächen. Auch die fünfte Achse hilft bei der Standzeit. Fünf Seiten eines Teils in einer Aufspannung zu bearbeiten, eliminiert das zweite Spannen.“

Dynamische, zugängliche Steuerungen

Trotz keiner Vorerfahrung mit 5-Achs-Bearbeitung oder der Micro Varios Heidenhain 640 TNC Steuerung erledigte Madsen Aufträge innerhalb von eineinhalb Wochen nach Erhalt der ersten Micro Vario.

„Das Erste, was ich an der Heidenhain-Steuerung bemerkte, war, dass sie eine mehr verbale Sprache für Werkzeugwechsel und Ähnliches nutzt“, sagt Madsen. „Selbst wenn ich manuell G-Code eintippe, liefert der Programmierbildschirm eine Beschreibung, was es ist und worauf ich achten soll. Die Werkzeugtabelle ist gut, und die Tastzyklen sind auch leicht nachvollziehbar.“

Die Steuerungen verfügen auch über einen Remote-Desktop-Manager, der M5s Mitarbeitern ermöglicht, remote zu arbeiten und nachts Jobs einzurichten. Zwischen dieser Fähigkeit und Madsens Tendenz, täglich an fünf oder sechs verschiedenen Teilarten auf zwei gleichzeitig laufenden Maschinen zu arbeiten, benötigt der Betrieb präzise Simulationsarbeit. Mit Funktionen wie optionaler Dynamic Collision Monitoring, die Spindelcrashes verhindert, liefert die Steuerung: „Ich rendere mein Teil auf der Steuerung quasi vollständig, und es gab Fälle, wo sie einen halben Tausendstel-Versatz im G-Code zeigte. Bei diesen winzigen Teilen, wo ich superfeine Oberflächen brauche, kann ich es auf der Steuerung beweisen und dem Vertrauen, was ich sehe.“