Medizintechnik-Zerspanung: Expertenrat zu Schneidwerkzeugen für Präzision und Erfolg

Die Medizintechnik-Implantatfertigung steht vor signifikantem Wachstum, da sich Techniken und Materialien stetig verbessern. Hier geben Experten wertvolle Einblicke in die Materialien, Methoden und Werkzeugmaschinen, die in der Medizintechnik-Zerspanung eingesetzt werden.

Jeder Industriesektor steht vor einzigartigen Herausforderungen, aber die Medizintechnik-Zerspanung präsentiert einige der größten. Enge Toleranzen, komplexe Geometrien und akribische Rückverfolgbarkeit – dies sind nur einige der Hürden, die Medizintechnik-Werkstätten überwinden müssen, um in diesem anspruchsvollen Feld wettbewerbsfähig zu sein.

Glücklicherweise gibt es viele sachkundige Menschen, die bereit sind, Anwendungsratschläge zu teilen, beginnend mit den hier zitierten Experten.

Betrachten Sie Materialien. Neben der Luftfahrt mit ihren hochtemperaturfesten Superlegierungen kommen die Metalle, die für Medizintechnik-Komponenten verwendet werden, in puncto schlechter Zerspanbarkeit an zweiter Stelle. Dan Doiron, Fräsproduktmanager bei Emuge Corp., erklärt, dass Kobalt-Chrom-Stangen und -Gussstücke beispielsweise häufig für den femoralen (oberen) Bestandteil eines Knieimplantats verwendet werden, wobei Titan als Tibia-Schale darunter dient. Nichtrostende Stähle wie 17-4 PH sind auch in medizintechnischen Anwendungen sehr verbreitet, wie chirurgische Ausricht- und Spannwerkzeuge, die bei der Implantatinstallation verwendet werden.

Alle sind schwer zu zerspanen, und alle erfordern materialspezifische Schneidwerkzeuge für maximale Produktivität.

„Was auch immer die Legierung, ich empfehle Kunden immer, unsere Website oder unseren Katalog zu Rate zu ziehen bei der Auswahl von Schneidwerkzeugen“, sagt er. „Wir haben eine breite Palette von Geometrien für verschiedene Medizintechnik-Materialien sowie Beschichtungen, die zur Erhaltung der Langlebigkeit und optimaler Standzeit beitragen.“

Derek Nading, Anwendungsingenieur bei M.A. Ford Mfg. Co. Inc., stimmt zu und merkt an, dass Sonderwerkzeuge auch im Medizintechnik-Sektor sehr verbreitet sind.

„Wir fertigen viele spezielle Reibahlen und Stufenbohrer für medizinische Anwendungen, wo eine Werkstatt vielleicht zwei oder mehr Teilmerkmale in einer Operation abschließen möchte“, sagt er. „Und Kreisabschnittfräser (Barrel Cutter), auch bekannt als Circle Segment Tools, werden ebenfalls beliebter, hauptsächlich für beschleunigtes Schlichten von Hüftimplantaten und anderen komplexen Implantaten.“

KYOCERA SGS Forschungs- und Entwicklungsingenieur Jake Rutherford warnt, dass Schneidwerkzeugbeschichtungen in bestimmten medizintechnischen Anwendungen verboten sein könnten.

„Deshalb bieten wir unsere Werkzeuge beschichtet oder unbeschichtet an“, sagt er. „Ich war in Werkstätten, wo es schwierig oder sogar unmöglich war, einen Prozess zu validieren, wegen Bedenken, dass mikroskopische Elemente der Beschichtung auf dem Bauteil zurückbleiben könnten, was wiederum in den menschlichen Körper auslaugen könnte.“

Ein methodischer Ansatz

Beachten Sie den letzten Begriff: Prozessvalidierung. Wie die Hersteller kritischer Luftfahrtkomponenten müssen Medizintechnik-Werkstätten ihre Bearbeitungsprozesse oft zur Kundenfreigabe einreichen, und einmal validiert, sind sie eingefroren. Jegliche Abweichungen von diesen Prozessen nachträglich erfordern zusätzliche Freigaben, was kontinuierliche Verbesserung bestenfalls umständlich macht.

Eine Lehre daraus ist, dass Medizintechnik-Werkstätten Schneidwerkzeugexperten früh im Prozessentwicklungszyklus einbeziehen sollten. Dies hilft sicherzustellen, dass sie die besten Werkzeuge auswählen, die effizientesten Werkzeugbahnen bestimmen und nachträgliche Änderungen bei der Validierung vermeiden. In anderen Fällen lohnt sich der Aufwand jedoch, besonders bei Aufträgen, die seit Jahren laufen, oder wo die Werkstatt in puncto Schneidwerkzeugtechnologie sonst hinter der Zeit zurückliegt.

Ein Fallbeispiel kommt von OSG USA Inc., wo Bezirksleiter Dustin Loschiavo eng mit einer Medizintechnik-Werkstatt in Michigan zusammenarbeitet.

„Wir und einige unserer Ingenieure besuchten ihre Anlage letzten Oktober, nachdem sie einer Partnerschaft mit uns zugestimmt hatten“, sagt Loschiavo. „Wir bewerteten ihre Prozesse, schauten uns ihre Werkzeugmaschinen und Werkstückspannung an und lieferten Lösungen, die ihnen jährlich mehr als 300.000 $ an nur vier Komponenten einsparen würden.“

OSG-Regionalmanager Chris Dravis ist nicht überrascht. „In diesem speziellen Fall nutzten sie 10 Jahre alte Schneidwerkzeugtechnologie“, sagt er. „Indem sie auf Werkzeuge umstiegen, die für moderne Werkzeugbahnen ausgelegt sind, konnten sie den Schneideingriff erheblich erhöhen und damit Standzeit und Spanabfuhrrate gleichermaßen signifikant verbessern. Zugegeben, es fallen interne Kosten an, wenn sie zum Kunden zurückgehen und Zeit für die Re-Validierung der Prozesse aufwenden, aber in diesem und vielen anderen Fällen lohnt es sich.“

OSG-Bezirksleiter Aaron Kwapniewski stimmt zu und merkt an, dass es derzeit über 6.500 inländische Medizintechnik-Hersteller gibt, und der Druck auf alle, Lieferzeiten zu verkürzen und Preise zu senken, weiterhin groß ist. „Wenn sie nicht die neueste und beste Werkzeugtechnik nutzen, lassen sie Geld auf dem Tisch liegen und setzen sich vielleicht dem Risiko aus, Geschäft an andere Wettbewerber zu verlieren.“

Dan Doiron von Emuge hat ähnliche Erfahrungen gemacht. Er sagt, dass strenge Protokolle zur Sicherstellung der Konsistenz der Implantatfertigung existieren. Rückverfolgbarkeit ist kritisch und erfordert, dass Unternehmen dokumentieren, welche Materialcharge, welche Werkzeugmaschine und sogar welcher Kühlschmierstofftyp sie für ein bestimmtes Teil verwenden. „Der Wechsel zu einer anderen Schneidwerkzeugmarke ist generell nicht ohne Prüfung erlaubt, warum dieser Wechsel notwendig ist“, sagt er. „Trotzdem ist es oft ein notwendiger Schmerz, wenn Werkstätten wettbewerbsfähig bleiben wollen.“

Viele dieser Teile sind klein und fallen leicht in den Mikrobearbeitungsbereich. KYOCERA SGS Anwendungsingenieur Jacob Rak nannte eine Handvoll kleinerer Medizintechnik-Komponenten, von Stents und Knochenschrauben bis hin zu Teilen für Herzpumpen und Atemüberwachungssensoren. Schweizer CNC-Drehautomaten werden seit langem für viele dieser Teile eingesetzt, wobei 5-Achs-Bearbeitungszentren für Implantatfertigung häufiger sind.

„Medizintechnik-Teile haben oft einzigartige Geometrien und werden aus schwierigen Materialien gefertigt, also ist es anspruchsvolle Arbeit“, sagt er. „Unabhängig davon, was Sie fertigen, brauchen Sie die beste Ausrüstung, die Sie sich leisten können, wenn Sie wettbewerbsfähig sein wollen.“

Die Werkzeugaufnahme-Latte höher legen

Was auch immer die Werkzeugmaschine, was auch immer das Teil – enge Toleranzen und extrem feine Oberflächen bedeuten, dass Hersteller auch bei ihrer Werkzeugaufnahme die Latte höher legen müssen. Die Notwendigkeit minimalen Rundlaufs und maximaler Steifigkeit verlangt nach Schrumpf- oder Hydraulikspannfutter, wo immer möglich. Winzige Fräser könnten Investitionen in Speeder-Heads erfordern, um die korrekte Betriebsdrehzahl zu erreichen, und gefilterter, hochdruckgekühlter Schmierstoff ist ein Muss. Und befolgen Sie immer die Empfehlungen des Schneidwerkzeugherstellers – die meisten sind sich einig, dass Zerspaner oft davor zurückschrecken, die Werkzeuge so hart zu pushen, wie sie sollten, was meist zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß führt.

Einige scheuen auch davor zurück, in hochwertige Werkzeuge zu investieren oder um Hilfe bei der Auswahl zu bitten. Das sagt Doiron, der anmerkte, dass Emuge – wie die meisten Schneidwerkzeughersteller – wissenschaftliche Tests von Hartmetallsorten, Beschichtungen, Spanwinkel, Drallwinkeln, Stirnverzahnung und mehr durchführt. Ja, all diese Unternehmen wollen Werkzeuge verkaufen, aber der beste Weg dazu ist, ihren Kunden erfolgreiche Ergebnisse zu liefern.

„Investition in das optimale Werkzeug für eine Anwendung kann den Unterschied zwischen Licht-aus-Betrieb oder sogar zwischen Gewinn und Verlust bedeuten“, merkt er an. „Das war meine Erfahrung, sowohl als Anwender als auch hier bei Emuge.“

Welche Tipps oder Techniken können Sie zur Medizintechnik-Zerspanung beitragen? Lassen Sie es uns in den Kommentaren unten wissen.