Prothese aus der Fräse

Die steigende Lebenserwartung in den Industrienationen und die damit zunehmende Häufigkeit des Gelenkverschleißes sorgen für einen wachsenden Bedarf an Hüft- und Kniegelenkersatz. Die Herstellung dieser Prothesen sowie die Fertigung verschiedener Implantate und Chirurgie-Instrumente stellt sowohl an die Werkzeugmaschinen als auch an die Werkzeuge und nicht zuletzt an die Produktions-Automatisierung besondere Anforderungen.

Auf der einen Seite geht es um die reproduzierbar präzise Bearbeitung und Herstellung von verschiedenen Produkten aus so unterschiedlichen Materialien wie Rostfreien Edelstählen, Titan, Inconel oder Kunststoffen. Auf der anderen Seite stellt die mechanische Bearbeitung medizintechnischer Produkte durch Bohren, Fräsen, Drehen, Schleifen und Polieren vor allem auf Grund der nicht alltäglichen Materialien eine stetige Herausforderung dar. Darüber hinaus wird zur Sicherstellung der Produktivität und Lieferfähigkeit eine sehr hohe Prozesssicherheit verlangt. Und schließlich wäre noch zu bemerken, dass trotz einer zumeist gestückelten Kleinserien- und Chargenfertigung, sprich einer hohen Teilevielfalt und entsprechend häufiger Umrüstungen, eine maximale Performance verlangt wird.

Für einen Hersteller von Präzisions-Werkzeugmaschinen wie die Hermle AG, Gosheim, bedeutet dies, sich bei der Auslegung von Bearbeitungszentren nicht nur mit allen Aspekten der 5-Achsen-Komplett-/Simultanbearbeitung auseinandersetzen zu müssen, sondern auch mit der Automatisierung des gesamten Bearbeitungsprozesses. Unabdingbar dafür ist ein speziell für die 5-Achsen-Bearbeitung konzipiertes Bearbeitungszentrum wie die C-Baureihe. Bei diesem Konzept sind durch drei Achsen im Werkzeug und zwei Achsen im Werkstück sowie eine hochstabile Bauweise beste Voraussetzungen für die Werkzeuganstellung und die simultane 3D-Bearbeitung gegeben.

Doch eine effiziente Fertigung setzt immer auch ein zeitsparendes Werkzeug- sowie Teile-Handling voraus. Deshalb sind alle Bearbeitungszentren modular aufgebaut, um sowohl bei der Werkzeug-Ausrüstung als auch beim Werkzeugwechsel und beim Werkstück-Handling einerseits die maximale Bearbeitungs-Flexibilität zu ermöglichen, und andererseits unproduktive Nebenzeiten auf ein Minimum zu reduzieren.

Ein Beispiel für ein Power-Package zur effizienten Bearbeitung medizintechnischer Produkte ist das CNC-5-Achsen-Hochleistungs-Bearbeitungszentrum C 22 U. Es bietet mit Verfahrwegen von X = 450, Y = 600 und Z = 330 mm einen Arbeitsbereich, in dem Einzelteile in allen Größen oder auch mehrere Werkstücke 5-achsig komplett zu bearbeitet werden können. Für die gebotene Dynamik sprechen Beschleunigungen in allen drei Haupt(linear)achsen von 15 m/s2 und Eilganggeschwindigkeiten bis 50 m/s. In Kombination mit Torque-Antrieben in den Schwenk-/Rundachsen C und A ergibt sich eine hohe Maschinendynamik für kürzere Prozesszeiten und beschleunigte Arbeitsabläufe.

Bezüglich Automation hat der Anwender die Möglichkeit, wahlweise einen Palettenwechsler vom Typ PW 150 oder ein standardisiertes Robotersystem RS 05 anzudocken. Der Palettenwechsler PW 150 wurde auf die Werkstück-Abmessungen des BAZ C 22 U abgestimmt und kann, inklusive Palette für Einzel- oder auch Mehrfachspannungen, Transportgewichte bis 250 kg befördern. Das System besteht aus einer NC-gesteuerten Fahreinheit und einer Dreheinrichtung mit Doppelgreifer. Beide Vorrichtungen sind platzsparend neben der Maschine angeordnet und erlauben in jedem Fall den freien Zugang zum Arbeitsraum der Maschine.

Ein ganz anderes, aber für bestimmte Teilgrößen geradezu ideales Automatisierungselement ist das Robotersystem RS 05. Es besteht aus einem Roboter mit Greifer, einer Transfer-Lineareinheit und einem gesteuerten Paletten-Hubmagazin. Der Roboter holt über die Transfer-Lineareinheit eine Palette aus dem Hubmagazin und fördert diese auf den Übergabeplatz. Von dort nimmt der Roboter die einzelnen Werkstücke auf und legt sie in die Spannvorrichtung ein. Nach der Bearbeitung holt der Roboter das fertige Teil aus der Spannvorrichtung und legt es in der Palette ab. Das System benötigt nur 2 m² Platz und ist in die Maschinenverkleidung des Bearbeitungszentrums C 22 U integriert. Durch die seitliche Anordnung des RS 05 bleibt der Arbeitsraum der Bearbeitungszentren ebenfalls frei zugänglich. Je nach Arbeitsintensität und der Anzahl von Werkstücken können die mit dem Palettenwechsler PW 150 oder mit dem Robotersystem RS 05 kombinierten CNC-Bearbeitungszentren über einen bestimmten Zeitraum völlig autark arbeiten und ermöglichen die personalsparende Mehrmaschinen-Bedienung.

Franz-Xaver Bernhard Berthold Hermle, Gosheim