Über 1000 medizinische Komponenten werden auf Werkzeugmaschinen des Bielefelder Unternehmens DMG hergestellt – in einer Präzision und Wirtschaftlichkeit, die noch vor wenigen Jahren als undenkbar galt.
Medizinische Produkte und Technologien tragen immer mehr zur Gesundheit der Menschen bei und fördern Mobilität und Vitalität bis ins hohe Alter. Steigender Bedarf und hohe Anforderungen an die Qualität der medizintechnischen Erzeugnisse kennzeichnen die Entwicklung der trotz Wirtschaftskrise wachsenden Branche. Der anhaltende Fortschritt in der Medizintechnik stellt dabei regelmäßig neue Anforderungen an die Maschinen, auf denen die hochgenauen Produkte gefertigt werden.
Die DMG hat sich dieses Themas längst angenommen. Mittlerweile werden über 1000 medizinische Komponenten auf den Maschinen des Bielefelder Unternehmens hergestellt. Kniegelenke, Knochenschrauben oder Hüftgelenk-Komponenten, aber auch anspruchsvolle chirurgische Instrumente werden dabei in einer Präzision und Wirtschaftlichkeit gefertigt, die noch vor wenigen Jahren als undenkbar galt.
Vor 50 Jahren war die Idee von Implantaten und künstlichen Gelenken in der Chirurgie noch revolutionär, heute ist sie ein fester Bestandteil des medizinischen Alltags. Komplizierte Brüche werden mit Knochenschrauben und -platten gerichtet und verschlissene Hüftgelenke sind heute einfach zu ersetzen. Allerdings sind für solche chirurgischen Maßnahmen entsprechend hochwertige Produkte nötig. Das erfordert nicht nur den Einsatz von anspruchsvollen, meist schwer zu bearbeitenden Materialien, sondern stellt auch hohe Ansprüche an Präzision, Oberflächengüte und Maßhaltigkeit der medizintechnischen Erzeugnisse.
Das Beispiel der künstlichen Gelenke zeigt, dass eine effiziente Bearbeitung nur auf Hochleistungsfräsmaschinen funktionieren kann. Anspruchsvolle Materialien wie Titan und Chrom-Cobalt – aber auch Spezialmaterialien wie Zirconium, Keramiken oder spezielle Kunststoffe – sind Grund genug für den Einsatz von modernen Fertigungsverfahren wie dem HSC-Fräsen. Ähnliches gilt für Implantate, die in der Traumatologie oft nur temporär eingesetzt und nach der Knochenheilung wieder entfernt werden. Dabei gelten hohe Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, damit das Implantat nicht mit dem Knochen verwächst.
Die Fertigung von medizinischen Instrumenten profitiert ebenfalls von den Vorteilen des HSC-Fräsens. Aus bis zu 40 Einzelkomponenten bestehen solche Instrumente. Die Präzision, mit der die Maschine arbeitet, hat dabei Priorität, damit die komplexen Geometrien den Vorgaben entsprechen und am Ende alle Komponenten perfekt ineinander greifen. Wirft man einen Blick auf die Dentalindustrie, gewinnt das HSC-Fräsen auch dort verstärkt an Bedeutung. Die dort gebräuchlichen Materialien, allen voran das Zirconiumoxid, lassen sich nur mit moderner Frästechnik oder Ultraschalltechnologie effizient bearbeiten.
Sowohl im Bereich der Dreh- als auch der Fräs-Technologie profitiert DMG von einem Erfahrungsschatz, der den medizintechnischen Anforderungen zugute kommt. Im Bereich der Drehmaschinen sticht die CTX-Baureihe gegenüber anderen Maschinen mit einem Leistungsplus von 25 % bei der Herstellung von Knochennägeln hervor. Die fünfte Generation des Erfolgsmodells besitzt mehr Leistung, ein höheres Drehmoment und einen größeren Arbeitsbereich. Ähnlich verhält es sich mit den 2-Spindel-Drehzentren der Twin-Reihe. Auf diesen Maschinen werden Hüftgelenk-Komponenten in kurzen Produktionszeiten gefertigt. Und auf der Speed-Baureihe kommt ein patentiertes Konzept zum Gewindewirbeln von Knochenschrauben und Implantaten zum Einsatz.
Wie die Dreh-Technologie ist auch die Fräs-Technologie ein wichtiger Bereich für die Medizintechnik. Die 5-Achs-Komplettbearbeitung hat sich als hilfreiches Mittel bei der Fertigung von Implantaten und anderen Komponenten der Medizintechnik erwiesen. Dank hoher Flexibilität fertigt beispielsweise die DMU monoBlock auch komplexe Teile mühelos, und die DMU eVolution ermöglicht mit ihrem Linearantrieb dynamisches Arbeiten. Auch die Horizontalzentren stellen medizintechnische Komponenten und Implantate binnen kurzer Zeit her.
Einen besonderen Platz im Bereich der Fräs-Technologie nimmt das HSC-Fräsen ein. Wie beim konventionellen Fräsen handelt es sich dabei auch um ein spanendes Bearbeitungsverfahren, jedoch ist das Hochgeschwindigkeitsfräsen durch fünf bis zehn mal höhere Schnittgeschwindigkeiten und Spindeldrehzahlen gekennzeichnet. Diese hohen Geschwindigkeiten bewirken eine wesentlich höhere Stabilität am Werkzeug, was den Einsatz von Präzisionswerkzeugen mit einem Durchmesser von < 0,5 mm ermöglicht.
Hersteller von medizintechnischen Produkten können mit dieser Technologie sehr filigrane Strukturen fertigen. Die hohe Schnittgeschwindigkeit verringert zudem den Kontakt des Werkzeugs mit dem Material, wodurch die Oberfläche während der Bearbeitung kalt bleibt. Das wirkt sich sowohl auf die Oberflächengüte als auch auf die Werkzeugstandzeit positiv aus.
Solche Merkmale sind in der Medizintechnik von großer Bedeutung. Der steigende Bedarf an medizintechnischen Produkten wie Gelenken oder Wirbelsäulenelementen ist zu einem bedeutender Wirtschafts- und Wettbewerbsfaktor geworden. Das heißt, die Produzenten solcher Produkte müssen dem wachsenden Qualitätsanspruch gerecht werden. Gleichzeitig müssen sie ihre Produktion schneller und flexibler gestalten. Die Evaluierung neuer Fertigungsmethoden, beispielsweise das HSC-Fräsen, ist also ein entscheidendes Thema in der Medizintechnik. Denn nur so lassen sich steigende Produktionskosten kompensieren.
HSC-Maschinen von DMG erfüllen die Ansprüche der Medizintechnik und optimieren den Produktionsalltag. Sie erreichen Oberflächengüten von Ra < 0,2 µm, mit Ultraschall-Technologie lässt sich dieser Wert sogar auf 0,1 µm reduzieren. Bei der Ultraschallbearbeitung, der sogenannten Ultrasonic-Zerspanung, wird die Werkzeugrotation mit einer zusätzlichen oszillierenden Bewegungskinematik (bis zu 30 kHz) in achsialer Richtung überlagert. Das reduziert die Prozesskräfte auf das Werkstück enorm, so dass sowohl Material als auch Werkzeug gegenüber anderen Bearbeitungsverfahren deutlich geschont werden.
Die DMG-Maschinen erreichen auf diese Weise einen hohen Qualitätsstandard und arbeiten dank ihrer Dynamik effizient. Linearmotoren mit einer Beschleunigung von mehr als 2 g sowie die Spindeldrehzahl von bis zu 42 000 Umdrehungen pro Minute sorgen für die erforderliche Geschwindigkeit bei der Herstellung der hochwertigen medizinischen Komponenten.
Wie in den vergangenen Jahren ist auch in Zukunft davon auszugehen, dass die Medizintechnik große Schritte nach vorne machen wird. Die Entwicklung fand in der Vergangenheit hauptsächlich in den westlichen Industrienationen statt. Der Blick auf die neuen Märkte wie China verrät aber, dass auch dort das Interesse an effizienten Produktionsverfahren für medizintechnische Highend-Produkte groß ist. Wettbewerbsvorteile verschaffen auch die integrierten Lösungen der DMG Automation, da die Produktivität auf diese Weise weiter optimiert werden kann.
Neben dem medizinischen Fortschritt spielt also auch die Weiterentwicklung der Bearbeitungsverfahren eine bedeutende Rolle. DMG ist mit seinem Technologie-Know-how bestens gerüstet für die medizintechnische Zukunft, denn heute schon bewähren sich die Werkzeugmaschinen des Konzerns als wegweisende Instrumente für die Fertigung innovativer Komponenten aus immer anspruchsvolleren Materialien. In den Technologie-Zentren des Konzerns macht man sich zudem Synergien mit anderen Industrien zunutze. Innovationen und technischer Vorsprung werden somit auch in Zukunft zu den wichtigsten Themen zählen.
Dr. Uli Sutor DMG Vertrieb und Service, Pfronten
Ihr Stichwort
- Drehtechnik
- Frästechnik
- Komplettbearbeitung
- Ultraschall-Bearbeitung
- Oberflächengüte
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