Medizinische Bearbeitung:Hersteller von Schneidwerkzeugen bieten Einblicke und Ratschläge für den Erfolg

Die Herstellung medizinischer Implantate steht vor einem erheblichen Wachstum, da Techniken und Materialien ständig verbessert werden. Hier bieten Experten wertvolle Einblicke in die Materialien, Methoden und Werkzeugmaschinen, die in der medizinischen Bearbeitung verwendet werden.

Jeder Industriesektor steht vor einzigartigen Herausforderungen, aber die medizinische Bearbeitung stellt einige der größten dar. Enge Toleranzen, komplexe Geometrien und akribische Rückverfolgbarkeit – das sind nur einige der Hürden, die Sanitätshäuser nehmen müssen, um in diesem anspruchsvollen Feld bestehen zu können.

Glücklicherweise sind viele sachkundige Leute bereit, Anwendungstipps zu geben, beginnend mit den hier zitierten Experten.

Betrachten Sie Materialien. Neben der Luft- und Raumfahrt mit ihren Hochtemperatur-Superlegierungen liegen die Metalle, aus denen medizinische Komponenten hergestellt werden, in Bezug auf die schlechte Bearbeitbarkeit auf dem zweiten Platz. Dan Doiron, Produktmanager Fräsen bei Emuge Corp., erklärt, dass Kobalt-Chrom-Stangenmaterial und -Gussteile beispielsweise häufig verwendet werden, um die femorale (obere) Komponente eines Knieimplantats herzustellen, während Titan als Schienbeinschale darunter dient. Rostfreie Stähle wie 17-4 PH sind auch in medizinischen Anwendungen weit verbreitet, wie z. B. bei chirurgischen Ausrichtungs- und Klemmwerkzeugen, die während der Implantatinsertion verwendet werden.

Alle sind schwer zu bearbeiten und alle erfordern materialspezifische Schneidwerkzeuge für höchste Produktivität.
 

„Egal um welche Legierung es sich handelt, ich empfehle Kunden immer, sich bei der Auswahl von Schneidwerkzeugen auf unsere Website oder unseren Katalog zu beziehen“, sagt er. „Wir haben eine große Auswahl an Geometrien für verschiedene medizinische Materialien sowie Beschichtungen, die zur Aufrechterhaltung der Langlebigkeit beitragen und eine optimale Werkzeuglebensdauer bieten.“

Derek Nading, Anwendungstechniker bei M.A. Ford Mfg. Co. Inc., stimmt zu und stellt fest, dass kundenspezifische Schneidwerkzeuge auch im medizinischen Bereich weit verbreitet sind.

„Wir stellen viele spezielle Reibahlen und Stufenbohrer für medizinische Zwecke her, bei denen eine Werkstatt möglicherweise zwei oder mehr Teilemerkmale in einem Arbeitsgang fertigstellen möchte“, sagt er. „Auch Tonnenfräser, auch als Kreissegmentwerkzeuge bekannt, werden immer beliebter und werden hauptsächlich für die beschleunigte Endbearbeitung von Hüftprothesen und anderen komplexen Implantaten verwendet.“

Jake Rutherford, Forschungs- und Entwicklungsingenieur von KYOCERA SGS, warnt davor, dass Beschichtungen von Schneidwerkzeugen in bestimmten medizinischen Anwendungen verboten sein könnten.

„Deshalb bieten wir unsere Werkzeuge beschichtet oder unbeschichtet an“, sagt er. „Ich war in Werkstätten, in denen es schwierig oder sogar unmöglich war, einen Prozess zu validieren, weil ich befürchtete, dass mikroskopisch kleine Elemente der Beschichtung auf der Komponente zurückbleiben könnten, die wiederum in den menschlichen Körper gelangen könnten.“

Ein methodischer Ansatz

Beachten Sie den letzten Begriff:Prozessvalidierung. Wie diejenigen, die kritische Luft- und Raumfahrtkomponenten herstellen, müssen medizinische Werkstätten ihre Bearbeitungsprozesse häufig zur Kundengenehmigung einreichen und werden nach der Validierung an Ort und Stelle eingefroren. Alle nachträglichen Abweichungen von diesen Prozessen erfordern zusätzliche Genehmigungen, was eine kontinuierliche Verbesserung bestenfalls umständlich macht.

Eine Moral dieser Geschichte ist, dass medizinische Fachgeschäfte schon früh während des Prozessentwicklungszyklus Experten für Schneidwerkzeuge hinzuziehen sollten. Dadurch wird sichergestellt, dass sie die besten Werkzeuge auswählen, die effizientesten Werkzeugwege bestimmen und vermeiden, für Änderungen nach der Validierung zum Kunden zurückzukehren. In anderen Fällen lohnt sich die Mühe aber, gerade bei Aufträgen, die schon seit Jahren laufen, oder wo die Werkstatt sonst schneidwerkzeugtechnisch hinter der Zeit ist.

Ein typisches Beispiel stammt von OSG USA Inc., wo District Manager Dustin Loschiavo eng mit einem Sanitätshaus in Michigan zusammenarbeitet.

„Wir und einige unserer Ingenieure besuchten ihre Einrichtung im vergangenen Oktober, nachdem sie sich bereit erklärt hatten, mit uns zusammenzuarbeiten“, sagt Loschiavo. „Wir haben ihre Prozesse bewertet, ihre Werkzeugmaschinen und Spannvorrichtungen untersucht und Lösungen geliefert, mit denen sie mit nur vier Komponenten jährlich mehr als 300.000 US-Dollar einsparen würden.“

OSG-Regionalmanager Chris Dravis ist nicht überrascht. „In diesem speziellen Fall wurde eine 10 Jahre alte Schneidwerkzeugtechnologie verwendet“, sagt er. „Indem sie auf Werkzeuge umgestellt wurden, die für moderne Werkzeugwege entwickelt wurden, konnten sie den Schneideinsatz erheblich steigern und sowohl die Standzeit als auch die Zerspanungsraten erheblich verbessern. Zugegeben, es entstehen interne Kosten, wenn sie zum Kunden zurückkehren und sich die Zeit nehmen, die Prozesse erneut zu validieren, aber in diesem und vielen anderen Fällen lohnt es sich.“

OSG-Distriktmanager Aaron Kwapniewski stimmt dem zu und stellt fest, dass es derzeit mehr als 6.500 inländische Hersteller medizinischer Geräte gibt, und es weiterhin eine große Nachfrage bei allen gibt, die Vorlaufzeiten zu verkürzen und die Preise zu senken. „Wenn sie nicht die neuesten und besten Tools nutzen, lassen sie Geld auf dem Tisch und riskieren möglicherweise, Aufträge an andere Wettbewerber zu verlieren“, bemerkt er.

Dan Doiron von Emuge hat ähnliche Erfahrungen gemacht. Er sagt, dass es strenge Protokolle gibt, um die Konsistenz der Implantatherstellung sicherzustellen. Die Rückverfolgbarkeit ist von entscheidender Bedeutung und erfordert, dass Unternehmen dokumentieren, welche Materialcharge, welche Werkzeugmaschine und sogar die Art der Schneidflüssigkeit sie für ein bestimmtes Teil verwenden. „Der Wechsel zu einer anderen Marke von Schneidwerkzeugen ist im Allgemeinen nicht erlaubt, ohne zu prüfen, warum dieser Wechsel notwendig ist“, sagt er. „Trotzdem ist es oft eine notwendige Qual, wenn Geschäfte wettbewerbsfähig bleiben sollen.“

Viele dieser Teile sind klein und fallen leicht in den Bereich der Mikrobearbeitung. Der Anwendungstechniker von KYOCERA SGS, Jacob Rak, listete eine Handvoll kleinerer medizinischer Komponenten auf, von Stents und Knochenschrauben bis hin zu Teilen für Herzpumpen und Atmungsüberwachungssensoren. CNC-Drehmaschinen im Schweizer Stil werden seit langem verwendet, um viele davon zu bearbeiten, wobei 5-Achsen-Bearbeitungszentren häufiger für die Implantatherstellung verwendet werden.

„Medizinische Teile haben oft einzigartige Geometrien und werden aus schwierigen Materialien hergestellt, also ist es eine anspruchsvolle Arbeit“, sagt er. „Egal, was Sie herstellen, Sie brauchen die beste Ausrüstung, die Sie sich leisten können, wenn Sie wettbewerbsfähig sein wollen.“

Heben Sie die Werkzeughaltestange an

Unabhängig von der Werkzeugmaschine und dem Teil bedeuten enge Toleranzen und extrem feine Oberflächengüten, dass die Hersteller auch die Messlatte für ihre Werkzeugaufnahme höher legen müssen. Die Forderung nach minimalem Rundlauf und maximaler Steifigkeit erfordert, wo immer möglich, den Einsatz von Schrumpf- oder Hydrodehnspannfuttern. Winzige Fräser müssen möglicherweise in Speeder-Köpfe investiert werden, um die richtige Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen, und gefiltertes Hochdruck-Kühlmittel ist ein Muss. Und befolgen Sie immer die Empfehlungen des Schneidwerkzeugherstellers – die meisten sind sich einig, dass Maschinisten oft Angst haben, die Werkzeuge so stark zu drücken, wie sie sollten, was normalerweise zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß führt.

Manche scheuen sich auch davor, in hochwertige Werkzeuge zu investieren oder bitten um Hilfe bei der Auswahl. Das ist laut Doiron, der feststellte, dass Emuge – wie die meisten Hersteller von Schneidwerkzeugen – wissenschaftliche Tests von Hartmetallsorten, Beschichtungen, Span- und Schrägungswinkeln, Endschnitten und mehr durchführt. Ja, alle diese Unternehmen wollen Tools verkaufen, aber der beste Weg, dies zu tun, besteht darin, ihren Kunden erfolgreiche Ergebnisse zu liefern.

„Die Investition in das optimale Werkzeug für eine Anwendung kann den Unterschied zwischen Betriebsausfall oder sogar zwischen Gewinn und Verlust ausmachen“, bemerkt er. „Das war meine Erfahrung, sowohl als Endbenutzer als auch hier bei Emuge.“

Welche Tipps oder Techniken können Sie zur medizinischen Bearbeitung geben? Lass es uns in den Kommentaren unten wissen.