Produktion von Femurkugellagern für orthopädische Exzellenz optimieren

Nach dem Schleifen verbessert ein Honvorgang die Oberflächenqualität vor einem finalen Poliervorgang. Ein automatischer Schleifscheibenmessprozess stellt sicher, dass jeder Honvorgang von der korrekten Einfahrposition startet. Foto: ANCA

Medizintechnik-Experten schätzen, dass orthopädische Hüftoperationen bis 2026 jährlich um 5 % zunehmen werden. Keine Überraschung angesichts der weltweit wachsenden alternden Bevölkerung. Mit diesem Trend entsteht erhöhte Nachfrage nach Geräten und Komponenten für diese Eingriffe sowie Ausrüstung zu deren Fertigung. Ein Beispiel ist der ANCA-Bearbeitungsprozess für Femurkugelschleifen, gemeinsam mit Schleifscheibenhersteller Tyrolit entwickelt. Dieser Prozess soll Qualität und Konsistenz der fertigen Femurkugel liefern, mittels spezialisierter Maschinensteuerung und Technologie auf der ANCA MX7 Linear CNC-Schleifmaschine.

Effektive Leistung von Femurkugeln in Hüftimplantaten erfordert Konsistenz von Rundheit, Größe und Oberflächenqualität. Um dies zu erreichen, hat ANCA einen Prozess auf seiner MX7 Linear Maschine entwickelt, der eine Serie sequenzieller Schleif-, Hon- und finaler Polieroperationen im selben Arbeitsraum anwendet. Das Ergebnis ist eine Oberflächenqualität an der Kugel von unter 0,01 µm Ra und Teile-Rundheit unter 3 µm.

Der erste Schritt ist das genaue Schleifen des Rohteils auf Maß. Mit beschichteten CBN-Schleifscheiben wird überschüssiges Material vom vorgedrehten Teil entfernt. Diese Operation erleichtert vorgelagerte Prozesse, indem sie die Toleranzanforderungen für das Teil beim Schleifen lockert.

Es folgen eine Reihe feiner Honprozesse, die inkrementelle Verbesserungen der Oberflächenqualität erzeugen. Applikationsingenieure von ANCA und Tyrolit entwickelten gemeinsam einen Prozess, der stabile Produktionsergebnisse an der Femurkugel liefert.

Obwohl Tyrolit-Schleifscheiben speziell für Femurkugelanwendungen entwickelt wurden, tritt Verschleiß natürlich während der Produktion auf. Laut ANCA war man gut positioniert, dieser Herausforderung zu begegnen, da man Entwickler und Hersteller eigener LinX Linearmotoren sowie der CNC- und Servoantriebssteuerung ist, die Maschine und Schleifscheibenbewegung kontrollieren. ANCA-Systemingenieure entwickelten einen neuen Steuerungsalgorithmus für diese Applikation, der es einem Bediener ermöglicht, die gewünschten Kräfte zu programmieren, die das Honschleifrad auf die Femurkugel ausübt. Mit dieser programmierten Kraft fährt das Rad bei konstanter Rate in die Kugel ein, während es verschleißt. Die drei verschiedenen Tyrolit-Räder können mit eigenen einzigartigen Schleifkraftparametern programmiert werden, um Spiegeloberfläche und konsistente Teiltoleranz zu erreichen.

Zusätzlich wurde ein automatischer Schleifscheibenmessprozess entwickelt, um sicherzustellen, dass jeder Honvorgang von der korrekten Einfahrposition startet. Dies soll Prozesskonsistenz unabhängig vom Radverschleiß nach jedem Honvorgang liefern.

Ein finaler Poliervorgang ist der letzte Schritt und erzeugt eine Spiegeloberfläche auf der Arbeitsfläche der Femurkugel. Dies ist kritisch, um mechanische Reibung und Verschleiß im finalen Hüftimplantat zu minimieren.

Die Oberflächenqualität fertiger Kugeln beträgt unter 0,01 µm Ra. Foto: ANCA

Die ANCA MX7 Linear verfügt über einen Sechsrad-Packwechsler, der alle Schleif-, Hon- und Polieroperationen in einer Aufspannung ermöglicht. Zudem kann das für Femurkugelproduktion genutzte Werkzeug einfach für Schneidwerkzeugfertigungsanwendungen gewechselt werden. Statt einer dedizierten Maschine für Femurkugelproduktion können Hersteller ihre Maschine für andere CNC-Schleifanwendungen nutzen, die ihren Markt und Geschäftsmodell ergänzen. Beispielsweise sind Schleifen von chirurgischen Rotationsschneidern, Bohrern und Reibahlen sowie Femurhüft Raspeln auf derselben MX7 Linear Maschine möglich.