Präzise Fertigung vorab virtuell prüfen

Künstliche Hüft-, Knie- oder Schultergelenke sollen ihre Funktion möglichst lange erfüllen. Das setzt nicht nur dauerhafte Materialien wie Titan und Kobalt-Chrom voraus, sondern verlangt präzise Oberflächen und eine exakte Fertigung. Intelligente CNC-Technik, etwa für das Drehen, Langdrehen, Fräsen oder Schleifen, kann dem Anwender die Arbeit mit den anspruchsvollen und schwer zu bearbeitenden Materialien erleichtern. Denn die Herausforderung ist es, in kurzer Zeit anspruchsvolle Formen herzustellen und zu bearbeiten.

Komplette 3D-Modelle der Implantate vereinfachen die Arbeit. So können im 3D-CAD/CAM/CAE-System NX der Kölner Siemens Product Lifecycle Management Software GmbH Daten, die während der Planungsphase definiert wurden – etwa Fertigungstoleranzen und Oberflächenangaben – mit den 3D-CAD-Modellen als Produkt- und Fertigungsinformation (PMI) verknüpft werden. Auf diese Weise lassen sich Implantate schnell an die individuellen Bedürfnisse des Patienten anpassen und auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich herstellen.

Ausgangspunkt dafür ist stets ein Bild, bei komplizierten Knochenbrüchen leistet etwa die Computertomographie (CT) hier wertvolle Dienste. Anhand der Bilddaten wählt der Arzt ein geeignetes Implantat und positioniert es am Computer im virtuellen Bruchbereich. Dabei greift er auf das 3D-Modell zurück.

Um die Implantate anschließend zu fertigen, muss der Hersteller die gesamte Prozesskette beherrschen – von der Modellierung bis hin zur präzisen Bearbeitung des Werkstücks mittels ausgereifter Zerspanungstechnologien. Dazu zählt das High-Speed-Cutting, das aufgrund der hohen Schnittgeschwindigkeiten technisch anspruchsvoll ist, da die CNC-Maschinen dabei hohe Spindeldrehzahlen und hohe Vorschubgeschwindigkeiten aufbringen.

Siemens bietet neben der CAD/CAM-Software mit der Sinumerik 840D sl auch die entsprechende CNC-Technologie an. Know-how und Technik rund um das Drei- und Fünf-Achsen-Fräsen bündeln die Technologiepakete Sinumerik MDynamics. Der Schwerpunkt liegt auf exakter Oberflächenbearbeitung und Präzision in der Konturenführung – bei kurzen Bearbeitungszeiten. So soll etwa die Bewegungsführung Advanced Surface sicherstellen, dass ein Schultergelenk-Implantat eine optimale Oberfläche erhält. Zusätzlich schont eine intelligente Ruckbegrenzung die Mechanik der Maschine. Und die Rüstzeiten bleiben gering, weil sich alle wichtigen werkstückbezogenen Daten wie Werkzeuge, Schnittwerte, Programm oder Nullpunktverschiebungen, speichern und in einem Schritt zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufrufen lassen.

Bevor allerdings ein medizintechnisches Bauteil entsteht und Material verbraucht wird, lässt sich der komplette Produktionsprozess virtuell durchlaufen. Nutzt der Anwender das Virtual-Machine-Portfolio von NX CAM, sinken Zeitaufwand und Kosten, der Ausschuss bleibt minimal. Bei der virtuellen Maschine handelt es sich um eine Eins-zu-eins-Nachbildung einer Werkzeugmaschine auf einem PC, einschließlich der kompletten Funktionen der Sinumerik-CNC. Der Trick dabei: Die gemeinsame Datenbasis ermöglicht den Zugriff auf Produktionsdaten und einen direkten Transfer von Werkzeugdaten und Programmieranweisungen beziehungsweise Steuerbefehlen für die Werkzeugmaschinen. Damit lässt sich die komplette Bearbeitung am PC simulieren und optimieren – getrennt von der realen Maschine. Sobald alle Anforderungen zufriedenstellend erfüllt sind, werden die Daten an die Werkzeugmaschinen gesendet und die Fertigung kann beginnen. Das verringert nicht nur die Fehlerzahl sowie Dauer des Setups, zusätzlich lassen sich auch verschiedene Bau- und Einsatzweisen der Werkzeugmaschine testen. op

Weitere Informationen www.siemens.com/plm