Etablierung eines effektiven Produktionsprozesses für Femurkugeln

Nach dem Schleifen verbessert ein Honvorgang die Oberflächenbeschaffenheit vor einem abschließenden Poliervorgang. Ein automatischer Scheibenvermessungsprozess hilft sicherzustellen, dass jeder Honvorgang von der richtigen Einstechposition aus beginnt.
Bildnachweis:ANCA

Experten der medizinischen Industrie schätzen, dass orthopädische Hüftoperationen bis 2026 jährlich um 5 % zunehmen werden. Dies ist keine Überraschung angesichts der zunehmenden Alterung der Bevölkerung auf der ganzen Welt. Mit diesem Trend wird eine erhöhte Nachfrage nach Geräten und Komponenten zur Unterstützung dieser Verfahren sowie nach Ausrüstungen zu deren Herstellung entstehen. Ein Beispiel ist das gemeinsam mit dem Schleifscheibenhersteller Tyrolit entwickelte ANCA-Bearbeitungsverfahren zum Kugelschleifen. Dieser Prozess soll Qualität und Konsistenz des fertigen Femurballs liefern, wobei eine spezielle Maschinensteuerung und -technologie auf der CNC-Schleifmaschine ANCA MX7 Linear verwendet wird.

Eine effektive Leistung von Femurkugeln, die in Hüftersatzimplantaten verwendet werden, erfordert eine gleichbleibende Rundheit, Größe und Oberflächenbeschaffenheit. Um dies zu erreichen, hat ANCA auf seiner MX7 Linear-Maschine einen Prozess entwickelt, der eine Reihe von aufeinanderfolgenden Schleif-, Hon- und abschließenden Schwabbelvorgängen im selben Arbeitsraum anwendet. Das Ergebnis ist eine Oberflächenbeschaffenheit der Kugel von weniger als 0,01 Mikron Ra und eine Rundheit des Teils von weniger als 3 Mikron.

Der erste Schritt im Prozess ist das maßgenaue Schleifen des Ausgangsteils. Mit plattierten CBN-Schleifscheiben wird überschüssiges Material vom Rohdrehteil entfernt. Dieser Vorgang vereinfacht vorgelagerte Prozesse, indem die Toleranzanforderungen für das Teil während des Schleifens gelockert werden.

Als nächstes folgt eine Reihe von feinen Honprozessen, die eine schrittweise Verbesserung der Oberflächengüte bewirken. Anwendungstechniker von ANCA und Tyrolit haben gemeinsam ein Verfahren entwickelt, das stabile Produktionsergebnisse am Femurball liefert.

Obwohl Tyrolit-Räder speziell für die Femurkugelanwendungen entwickelt wurden, tritt natürlicher Verschleiß während des Produktionsprozesses auf. Laut ANCA war das Unternehmen gut positioniert, um diese Herausforderung zu meistern, da es der Entwickler und Hersteller seiner eigenen LinX-Linearmotoren sowie des CNC- und Servoantriebssystems ist, das die Maschinen- und Schleifscheibenbewegung steuert. Systemingenieure von ANCA haben für diese Anwendung einen neuen Steueralgorithmus entwickelt, der es einem Bediener ermöglicht, die gewünschten Kräfte zu programmieren, die von der Honscheibe auf die Femurkugel ausgeübt werden. Mit dieser programmierten Kraft schiebt sich das Rad während des Verschleißes mit konstanter Geschwindigkeit in die Kugel ein. Die drei verschiedenen verwendeten Tyrolit-Scheiben können mit ihren eigenen einzigartigen Schleifkraftparametern programmiert werden, um eine hochglanzpolierte Oberflächengüte und eine konsistente Teilegrößentoleranz zu erreichen.

Ein abschließender Poliervorgang liefert ein Spiegelbild die Arbeitsfläche der Femurkugel. Bildnachweis:ANCA

Zusätzlich wurde ein automatischer Scheibenvermessungsprozess entwickelt, um sicherzustellen, dass jeder Honvorgang von der richtigen Zustellposition aus beginnt. Dies soll Prozesskonstanz unabhängig vom Scheibenverschleiß nach jedem Honvorgang liefern.

Ein abschließender Poliervorgang ist der letzte Schritt, der ein Spiegelfinish auf der Arbeitsfläche der Kugel erzeugt. Dies ist entscheidend, um sicherzustellen, dass mechanische Reibung und Verschleiß im endgültigen Hüftimplantat minimiert werden.

Die Oberflächengüte der fertigen Kugeln beträgt weniger als 0,01 Mikron Ra. Bildnachweis:ANCA

Die ANCA MX7 Linear verfügt über einen sechsrädrigen Paketwechsler, der es ermöglicht, alle Schleif-, Hon- und Schwabbelvorgänge in einer Einrichtung durchzuführen. Darüber hinaus kann die für die Femurkugelherstellung verwendete Werkzeugausstattung leicht für Anwendungen zur Herstellung von Schneidwerkzeugen geändert werden. Infolgedessen können Hersteller ihre Maschine für andere CNC-Schleifanwendungen verwenden, die ihren Markt und ihr Geschäftsmodell ergänzen, anstatt eine dedizierte Maschine für die Herstellung von Femurkugeln zu kaufen. So ist beispielsweise das Schleifen von chirurgischen Rotationsfräsern, Bohrern und Reibahlen sowie femoralen Hüftraspeln auf derselben MX7 Linear-Maschine möglich.