Wer mit Werkstoffen wie PEEK-Optima die hohen Anforderungen in der Medizintechnik erfüllen will, muss sich auf Besonderheiten in der Bearbeitung gefasst machen. Spezialwerkzeuge helfen, Probleme zu lösen und schneller zum Produkt zu kommen.
Um die Zulassung für ein implantierbares Produkt aus PEEK-Optima zu erhalten, muss der Hersteller unter anderem nachweisen, dass er diesen Werkstoff hoch präzise bearbeiten kann. Zu diesem anspruchsvollen Bearbeitungsthema haben der renommierte Maschinenhersteller Bumotec SA aus Sâles in der Schweiz und der Werkzeugspezialist Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH aus dem bayrischen Bobingen ein Projekt gestartet: Sie haben Maschinen und Werkzeug aufeinander und auf die Bearbeitungsaufgabe abgestimmt.
Als Beispiel wurden im Projekt PEEK-Cages betrachtet. Darunter versteht man in der Wirbelsäulenchirurgie einen Platzhalter für den Zwischenwirbelraum. Er stellt die natürliche Höhe des Bandscheibensegments wieder her und erlaubt im Zusammenspiel mit Schraubensystemen die gewünschte Fusion der benachbarten Wirbelkörper.
Die Schneidengeometrien der Werkzeuge, die Hufschmied für diese Anwendung entwickelte, sind so an die Bearbeitungsparameter angepasst, dass die Wirbelsäulen-Implantate auf Hochpräzisionsmaschinen gratfrei und ohne Nachbearbeitung spanend hergestellt werden können. Zu diesem Ergebnis tragen auch schwingungsmindernde Linearantriebe und die mechanische Präzision des Maschinenkörpers bei.
Die Werkzeuge erlauben die Komplettbearbeitung eines Cages in einer sehr kurzen Zykluszeit mit einem Werkzeug im Schrupp-Schlichtverfahren. Das Bearbeitungscenter S-191 von Bumotec beispielsweise erzielt die geforderte Oberflächengüte ohne manuelle Nacharbeit.
Der Cage kommt gratfrei aus der Maschine, die Oberflächen sind frei von ‚Rattermarken‘ oder anderen nachbearbeitungspflichtigen Merkmalen. Verwendet werden hier diverse Sonderformfräser wie der 102S120160-4-S001. Das ist ein Spezialwerkzeug, das Verzahnungen an der Ober- und Unterseite des Implantats in einem Zug gratfrei herstellt. Im Zusammenspiel von Maschine und Werkzeug wird also insgesamt eine sehr hohe Oberflächengüte erreicht. Dank hoher Standzeiten konnten die Bearbeitungskosten damit zudem deutlich gesenkt werden.
Im Gemeinschaftsprojekt sind aber auch weitere angepasste Werkzeug-Geometrien entwickelt und im Maschineneinsatz optimiert worden. Dazu zählen Spezialwerkzeuge, mit denen sich die Werkstücke ohne Werkzeugrotation entgraten lassen – und ohne aufwendiges, händisches Entgraten durch ein Skalpell. Das ist auch im Hinblick auf die Validierung eine wesentliche Neuerung im Prozess.
Inzwischen gehören Hufschmied-Spezialwerkzeuge, mit denen sich PEEK-Optima bearbeiten lässt, zur Erstausrüstung der für eben diesen Einsatzzweck konzipierten Hochpräzisions-Fräs-Dreh-Maschine. Rainer Staneker, Produktmanager bei Bumotec, fasst zusammen: „Die Kooperation von Hufschmied und Bumotec führte zu einer idealen Synthese. Denn eine Maschine ist nur so gut wie das darauf eingesetzte Werkzeug, und ein Werkzeug nur so gut, wie die Maschine, in der es eingesetzt wird.“
Ralph R. Hufschmied Hufschmied Zerspanungssysteme, Bobingen bei Augsburg
Weitere Informationen Bumotec baut unter anderem Bearbeitungszentren, Transfermaschinen mit acht bis zwölf Stationen zu je drei oder vier CNC-Achsen sowie Spezialmaschinen. www.bumotec.ch Mehr über den Werkzeughersteller: www.hufschmied.net
Gestatten, PEEK
Der thermoplastische Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) hat sich in über 20 Jahren mit sehr guten Ergebnissen in einem breiten Anwendungsspektrum bewährt. PEEK-Optima ist eine Weiterentwicklung dieses Materials, aus dem sich implantierbare Produkte herstellen lassen. Das Hochleistungspolymer wurde 1999 auf dem Markt eingeführt und eignet sich nachgewiesenermaßen auch für Langzeitimplantate.
Der Werkstoff wird weltweit exklusiv von der Invibio Ltd. in Lancashire produziert. Der Hersteller hat die Bioverträglichkeit und Biostabilität nachgewiesen und die Übereinstimmung mit den Anforderungen gemäß ISO 10993 und USP Class VI in den Master Files der US-Arznei- und Lebensmittelbehörde (FDA) ausführlich dokumentiert.
PEEK-Optima bewährt sich mittlerweile als Alternative zu Titan- und Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen. Das Polymer hat zum Beispiel – im Gegensatz zu Titanlegierungen – ein E-Modul, das dem menschlichen Knochen sehr ähnlich ist.
Ein weiterer Vorteil sind die exzellenten, postoperativen Kontrollmöglichkeiten. Die Prothesen werden verzerrungsfrei durch verschiedene bildgebende Verfahren wie die Computertomographie (CT) oder Magnetic Resonance Imaging (MRI) dargestellt.
Ihr Stichwort
- PEEK-Optima gratfrei bearbeiten
- Vereinfachte Validierung
- Anpassung von Maschine und Werkzeug an den Werkstoff
- Wirbelsäulenchirurgie
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