Spezielle Werkstoffe erfordern spezielle Behandlung

So breit, wie heute das Spektrum moderner Medizintechnik ist, so vielfältig sind auch die Möglichkeiten der Bearbeitung. Während bei mikroskopisch kleinen Komponenten der Laser zum Einsatz kommt, werden größere Teile wie Hüftgelenke weiterhin klassisch zerspant. Viele Teile werden in mittleren bis großen Losgrößen gefertigt, wobei Präzision und damit auch die Qualitätssicherung eine entscheidende Rolle spielen. Das konstante Einhalten enger Toleranzen während langer Standzeiten, kurze Taktzeiten, reduzierter Überwachungsbedarf sowie minimierte Werkzeugaufspannung erfordern moderne Technologien, die auch im Mikrobereich zuverlässig funktionieren. Kobalt-Chrom-Legierungen für Hüftgelenke etwa sind hoch verschleißfest und korrosionsbeständig. Weil sie relativ hart und mechanisch sehr stabil sind, müssen Werkzeug und Bearbeitungsmethode an die vorhandenen Bedingungen angepasst werden, um zu kurze Standzeiten zu vermeiden. Ist beispielsweise die Schneidkante nicht richtig positioniert, kommt es schnell zu Kerbverschleiß.

Titanlegierungen wiederum lassen sich im Grunde unproblematisch zerspanen, sind aber etwas anspruchsvoller als übliche Werkstoffe. Wichtig ist die richtige Schneidengeometrie, die für einen einwandfreien Schnitt und günstige Spanbildung sorgt.

Eine wichtige Rolle bei Werkzeugen für die Medizintechnik spielen Schneidengeometrie und Schneidstoffe. Je nach Bearbeitungsanforderungen werden sowohl beschichtete als auch unbeschichtete Hartmetallsorten eingesetzt.

Sowohl für Kobalt-Chrom-Legierungen als auch für Titanlegierungen sind die richtigen Schnittdaten eine wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Anwendung. Moderate, an die Temperaturen angepasste Schnittgeschwindigkeiten und der richtige Vorschub zur Begrenzung der Schnittkräfte üben einen positiven Einfluss auf den Verschleiß und somit auf die Standzeit aus.

„Der Bereich Werkzeuge für die Medizintechnik ist ein sehr weitläufiges und umfangreiches Gebiet“, sagt Michael Dieterle, Geschäftsführer der Otto Dieterle Spezialwerkzeuge GmbH, Rottweil. „Bei zerspanenden Werkzeugen sind insbesondere Dreh- und Fräswerkzeuge sowie Gewindewerkzeuge für die Herstellung von Innen- und Außengewinden von Bedeutung.“ Verarbeitet werden im wesentlichen körperverträgliche Werkstoffe wie Titan Grade 1 bis 5, das sehr stark nickelhaltige Inconel sowie auch sehr viele Chrom-Nickel-Stähle. Dies sind Werkstoffe, die zum einen eine sehr hohe Zugfestigkeit und Elastizität und zum anderen auch respektable Härten aufweisen.

Gerade diese Werkstoffe verlangen oft nach speziellen Herstellungsmethoden. So muss etwa bei allen Werkzeugen für die Titanverarbeitung auf eine problemlose und saubere Spanabfuhr geachtet werden. Eine genaue Einhaltung der Schneidgeometrien ist dafür Voraussetzung. Wendeschneidplatten aus dem ISO-Programm sind kaum oder nur bedingt einsetzbar, da die erforderlichen Frei- und Spanwinkel nicht gegeben sind.

Bei allen namhaften Herstellern für medizintechnische Teile hat sich durch jahrelange Praxis in der Bearbeitung der genannten Werkstoffe ein breites Know-how gebildet. Beim Zerspanen der unterschiedlichen Werkstoffe, auch auf teilweise sehr differenziert ausgestatteten Werkzeugmaschinen, haben sich oft ganz spezielle Kenntnisse und Erfahrungen gebildet und entwickelt, welche nicht immer allgemein auf alle Hersteller übertragbar sind. Dies gilt beispielsweise für Schnittgeschwindigkeiten, Bearbeitungsvorschübe oder Kühlmittel.

Grundsätzlich brauche die Medizintechnik zwar Präzisionswerkzeuge, betont Matthias Oettle, Leiter Forschung und Entwicklung der Paul Horn GmbH in Tübingen, „doch sind spezielle Werkzeuge nur für spezielle Bearbeitungsaufgaben erforderlich, etwa das Gewindewirbeln von Knochenschrauben“. Die geforderten Toleranzen und Oberflächengüten, „die noch vor zehn Jahren in der Medizintechnik als speziell angesehen werden konnten, haben sich im allgemeinen Maschinenbau weitgehend etabliert“.

Bei der spanenden Bearbeitung medizintechnischer Komponenten müsse natürlich das Know-how vorhanden sein, das zur Handhabung von Präzisionswerkzeugen erforderlich ist: „Wenn besondere Anforderungen an die Handhabung von Sonderwerkzeugen gestellt werden, sollten die Anwender auf das Expertenwissen des Werkzeugherstellers zurück greifen.“

Auch nach Ansicht von Axel Küpper, Manager Business Development der Sandvik Tooling Deutschland GmbH, Geschäftsbereich Sandvik Coromant, Düsseldorf, erfordern die hohen Qualitätsanforderungen in der heutigen Medizintechnik speziell abgestimmte Werkzeuge: „Eine exakte Auslegung der Schneide in Bezug auf Schärfe und Struktur der Mikrogeometrie ist ein wichtiger Erfolgsfaktor für eine effektive Zerspanung.“

Die Werkstoffe stellen eine interessante Herausforderung für alle Werkzeughersteller dar. Die Anforderungen bestehen aus einem Zusammenspiel von Prozesssicherheit, Spanverhalten und Werkzeuglebenszyklus – hochgenaue, im Mikrobereich liegende Toleranzen erfordern dementsprechend eine exakte Werkzeugauslegung.

Jens-Peter Knauer Fachjournalist in Waldenbuch

Für die deutsche Fertigungsindustrie ist die Medizintechnik ein Markt mit wachsender Bedeutung, weil sie sich trotz schwieriger Rahmenbedingungen in der aktuellen Wirtschaftskrise vergleichsweise gut behauptet.

Ihre Technologiekompetenz zeigt die Branche auf der Metav 2010 vom 23. bis 27. Februar in Düsseldorf: Unter dem Titel „Metal meets Medical“ treten Ausrüster für die Medizintechnik im Rahmen einer Sonderschau auf.

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