Effiziente Fertigung durch Medizintechnik-Duo

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Praxis und Prudukte Von  Maxime Mader veröffentlicht am  28/02/2022
Effiziente Fertigung durch Medizintechnik-Duo
Exemplarische Knochenplatte.

Für Werkzeug- oder Maschinenhersteller ist die Medizintechnik eine wichtige Branche. Ohne Genauigkeit und Präzision besteht man auf diesem Fachgebiet nicht. Doch als Pionier und Trendsetter im Bereich der Mikrozerspanungs-, Stanz- und Umformwerkzeuge ist die ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH hier genau richtig. Zur Veranschaulichung der verschiedenen Spezifikationen in der Medizintechnik, gibt es wenige Möglichkeiten, ohne dabei Kundendetails preiszugeben. Um das Fachwissen direkt an der Maschine unter Beweis zu stellen, hat die ZECHA GmbH als gemeinsames Projekt mit dem Maschinenhersteller Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH eine exemplarische Knochenplatte hergestellt.

Die Medizintechnik steht einem wachsenden Kostendruck gegenüber. Stetige Forschung und Marktveränderungen wie steigende Lohnkosten oder demografische Wendungen beleben das Fachgebiet täglich. Getrieben von sinkenden Lagerbeständen und durch den derzeitigen Anstieg von Single-Use-Produkten aufgrund verschärfter Hygienebestimmungen wird in vielen Unternehmen eine automatisierte, nahezu mannlose, additive Fertigung angestrebt. Im Bereich Zerspanung können Produktionskosten durch die Automation kürzere Hauptzeiten im Zerspanungs- und Rüstprozess sowie eine längere Lebensdauer der Werkzeuge realisiert werden.

Zur Erreichung bestmöglicher Taktzeit, Maßhaltigkeit und Präzision haben die beiden Firmen durch eine hochdynamische Bearbeitung die Fertigung einer Titan-Demoknochenplatte (Grade 5) mit maximalen Oberflächengüten bis Ra 0,03 mm und größter Prozessstabilität umgesetzt. Dafür tüftelten die beiden Experten an verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten mit unterschiedlichsten Anforderungen auf dem Bearbeitungszentrum BA W02 der Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH (SW) und mit Werkzeugen der ZECHA GmbH. Über eine Startbohrung in der Mitte und durch trochoidal Fräsen mit einem Werkzeugdurchmesser von 0,35 mm wurde die TORX®[1]-Kontur als Highlight aus dem Vollem gefräst. Mithilfe der verwindungssteifen und kompakten Monoblockbauweise wird der Wärmegang der Maschine auf das Minimum reduziert. Die 1- bzw. 2-spindelige 5-Achs-Maschine arbeitet mit der bewährten Linearmotortechnik von SW und garantiert durch eine horizontale Bearbeitung mit integrierter Kühlmittelzufuhr einen optimalen Spänefall. Durch die langjährige Erfahrung mit unzähligen Projekten des Maschinenherstellers sowie dem Einsatz einer mehrspindligen Maschine werden im Vergleich zu einer einspindligen Maschine geringere Nebenzeiten mit flexibleren Umrüstmöglichkeiten und eine schnellere Werkzeugbruchkontrolle ermöglicht. Technisch und mit der nötigen Expertise sind alle gängigen Strategien – wie das Trochoidal- und Gewindefräsen von Kegelgewinden sowie das Interpolationsdrehen – auf den zuverlässigen Bearbeitungszentren von SW in maximaler Präzision realisierbar.

Trochoidale TORX®-Bearbeitung
mit KINGFISHER-Werkzeugen Ø 0,35 mm.

Für die zerspanende Produktion steigt der Kostendruck bei der Bauteilfertigung im internationalen Medizintechnikmarkt stetig. „Mit über 40 Jahren Erfahrung in der Herstellung von CNC-Fräsmaschinen, leisten wir einen enormen Beitrag durch optimierte und wirtschaftlichere Zerspanung. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf höchsten Qualitätsansprüchen“, erklärt Andreas Kienzle, Key Account Medizintechnik von SW. Für eine Kostenreduktion werden diese hochpräzisen Maschinen mit Schneidwerkzeugen ausgestattet, die dasselbe Augenmerk auf diese Präzision und den technischen Vorsprung legen. „Mit ZECHA haben wir einen erfahrenen Lieferanten mit fortschrittlichen Produkten von höchster Qualität und Lebensdauer gefunden – einen zuverlässigen Partner, der wie auch wir zukunftsweisende Technologien vorantreibt, um die Erwartungen unserer Kunden zu übertreffen“, fährt Andreas Kienzle fort.

Um einem Werkzeugbruch zu umgehen, wurden die Werkzeuge der ZECHA GmbH eingesetzt, die speziell für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien in der Medizintechnik entwickelt wurden. Neben einer stabilen Maschine spielen qualitativ hochwertige Werkzeuge für moderate Schnittwerte eine wichtige/zentrale Rolle. Eine gute Kühlung und entsprechende Schneidengeometrien sind besonders für hohe Standzeiten und ideale Ergebnisse bei der Bearbeitung von Titan erforderlich, da über das Material kaum Wärme abgeleitet werden kann.

3D-Konturbearbeitung
mit KINGFISHER-Werkzeugen Ø 0,4 mm.

Basierend auf der Serie 455 kommt es bei den verwendeten KINGFISHER-Werkzeugen zu einem Zusammenspiel von neuem VHM-Substrat, innovativer Kühlsysteme sowie einer stabileren Grundgeometrie. Gepaart mit der neuesten WAD-Beschichtungstechnologie meistern die neuen Werkzeuge standfest und präzise jede Herausforderung. „Für die Herstellung der exemplarischen Knochenplatte wurden Torusfräser in den Durchmesserabmessungen von 3 bis 4 mm und einem ausgeklügelten Schaftkühlungssystem (SK), bei dem das Kühlmedium innerhalb des Spann- und Wirkdurchmessers des Werkzeuges mit einer Vielzahl von zylindrischen Bohrungen austritt, eingesetzt. Diese Werkzeuge eignen sich nicht nur perfekt für das Schruppen des Bauteils, sondern auch zur µ-genauen Finishbearbeitung. Dabei wurde die dazugehörige Mikrogeometrie auf die Bauart des Werkzeugs sowie die Werkzeugabmessungen optimal abgestimmt“, beschreibt Klaus Bruder, technischer Vertrieb bei ZECHA, die eingesetzten Werkzeuge. Mit Technologien wie der unterschiedlichen Helix, ungleichen Teilung, Kernverstärkung und optimierten Spanräumen werden bestmögliche Stabilität und ruhiges Schneidverhalten umgesetzt. Alle Werkzeuge weisen eine sehr gute Wuchtgüte auf, um keine zusätzlichen Vibrationen zu erzeugen.

Neben der KINGFISHER-Serie überzeugt in diesem Projekt das neue Fräserdesign der PEACOCK-Familie durch große Leistungsfähigkeit und Verschleißfestigkeit für Werkstoffhärten bis 70 HRC mit hoher Bearbeitungseffizienz. Mit einer deutlichen Standzeiterhöhung aufgrund der stabilen Schaft- und Schneidengeometrie erzeugen die WAD-beschichteten Fräser beste Oberflächengüten – selbst bei solch feinen Konturen in der Medizintechnik. Die Mikrofräser überzeugen mit einer Formgenauigkeit von maximal 0,005 mm und einer Rundlaufgenauigkeit von maximal 0,003 mm, womit eine hohe Bauteilformgenauigkeit erreicht wird. Durch einen feinstgeschliffenen Schutzradius von max. 0,05 mm bei den Fräsern der Linie 599.F4 zeichnen sich die speziell konzipierten Flach-Umfangsfräser aus. Dank einer neuen Beschichtungstechnologie, einer stabilisierten Grundgeometrie und feinster Mikrogeometrie sind die Spezialfräser für die Außen- und Umfangsbearbeitung harter Materialien – sowohl trochoidal als auch mit seitlicher Zustellung in großen Vorschüben – optimal gewappnet.

Für das Fräsen der TORX®[2] -Kontur in Titan- und Edelstahlschrauben hat die ZECHA GmbH speziell entwickelte Mikrowerkzeuge im Programm, die höchste Präzision, Oberflächen und nachhaltige Wirtschaftlichkeit bieten. Komplexe Aufgaben in der Medizintechnik erfordern vermehrt Sonderwerkzeuge, da die optimale Werkzeuglösung meist nicht als Standard im Katalog zu finden ist. „Gerade Kundenanforderungen, die nicht der Norm entsprechen, stellen große Herausforderungen dar, denen wir uns gerne stellen. Unser Ziel ist es, gemeinsam mit dem Kunden Lösungen auch für spezielle Anwendungsfälle mit kleinsten Toleranzen sowie anspruchsvollen Fertigungsaufgaben umzusetzen“, erklärt Klaus Bruder.

Durch den Einsatz von hochwertigen, optimal aufeinander abgestimmten ZECHA-Werkzeuglösungen auf der BA W02 der Schwäbischen Werkzeugmaschinen GmbH wurde die anspruchsvolle Applikation unter Einhaltung kleinster Toleranzen als medizinisches Vorzeigeobjekt für kommende Projekte gemeistert.

PEACOCK-Fräser-Familie von ZECHA.

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Maxime Mader

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