Verschleißfest und genau in Titan und Edelstahl gebohrt

In allen Richtungen gekrümmt, mit geschwungenen Oberflächen und aus Titan Grade 5 ELI bestehend: An diesem typischen Beispiel einer aktuellen Knochenplatte erläutert Benedikt Meier, Leiter Verkauf bei der Mawatec AG in Selzach in der Schweiz, dass „Implantate zunehmend Höchstleistungen von der Fertigung fordern“. Der Zulieferbetrieb im Bereich der Zerspanungstechnik fertigt jeweils in Serien zu mehreren hundert Bauteilen mehrere Varianten derartiger Produkte, die sich in Länge und Anzahl an Bohrungen unterscheiden. Besondere Forderungen stellen die Auftraggeber an die Genauigkeit der Bohrungen. Sie sind jeweils normal zu den gekrümmten Oberflächen einzubringen und müssen mit einer Fase versehen werden, die auf 0 / + 0,05 mm toleriert ist. Diese Geometrien sorgen dafür, dass die später bei der Operation eingedrehten Knochenschrauben zuverlässig und richtig sitzen.

Geeignete Werkzeuge waren schwer zu finden. Wegen der geforderten Genauigkeit der Fase sollten die Werkzeuge die gesamte Geometrie von Bohrung und Fase in einem Ablauf fertigen. Zudem forderte Mawatec für die Serienfertigung lange Standzeiten, um im 3-Schicht-Betrieb wirtschaftlich zu fertigen. Zunächst führten die Fertigungstechniker des Zulieferers mit Bohrwerkzeugen unterschiedlicher Hersteller Testbearbeitungen aus. „Sie haben aber allesamt nur unzureichend den Forderungen entsprochen“, berichtet Meier. „Vor allem die Standzeiten waren viel zu kurz.“ Schließlich präsentierte Daniel Jaberg, Product Manager der Sphinx Werkzeuge AG, ein durchdachtes Werkzeugkonzept. Der Derendinger Werkzeughersteller ist auf hochwertige VHM-Werkzeuge spezialisiert und hat sein Produktionsprogramm auf Mikro-Bohr- und Fräswerkzeuge sowie Sonder-Präzisionswerkzeuge ausgerichtet.

Manuel Kummer, beim Werkzeughersteller für Technik zuständig, konzipierte zusammen mit den Anwendern unter anderem einen gerade genuteten Stufenbohrer, der neben der Bohrung auch die Fase einbringt. Er besteht aus beschichtetem Feinstkorn-Hartmetall und überzeugte vor allem mit langen Standzeiten von über 500 min. Mit diesem VHM-Stufenbohrer kann die vollständig automatisierte 5-Achs-Bearbeitung nunmehr eine komplette Schicht prozesssicher ohne vorbeugenden Werkzeugwechsel durcharbeiten. „Verglichen mit den bislang eingesetzten Werkzeugen ist das eine Verbesserung um beinahe 50 Prozent“, bestätigt Verkaufsleiter Meier.

Ähnlich gute Ergebnisse hat Mawatec mit weiteren VHM-Bohrern und Fräsern von Sphinx verwirklicht. So muss der Zulieferer in Bauteile für chirurgische Instrumente Passbohrungen mit Senkungen einbringen. Sphinx konzipierte hierfür spezielle dreischneidige, beschichtete Formbohrer, die aus den Tricut-Bohrreibahlen der Reihe 55654 abgeleitet sind. Mit innerer Kühlmittelzufuhr ausgeführt, zentrieren sie sich aufgrund der drei Schneiden auch auf unebenen, gekrümmten Oberflächen exakt.

Generell kann Sphinx Werkzeuge aus dem Standardprogramm in ihren Geometrien (Durchmesser, Längen, Stufen) variieren, auf die jeweiligen Fertigungsbedingungen optimieren und im eigenen Schleifbetrieb herstellen. So hat der Werkzeughersteller auch Fräswerkzeuge zum Fertigen einer Fase an den Kanten von Knochenplatten verwirklicht. Nur aufgrund der speziellen Geometrie dieser vierschneidigen VHM-Fräser kann die geforderte hohe Oberflächengüte erreicht werden. Eine abgestimmte Beschichtung trägt zu signifikant verlängerten Standzeiten bei.

Erhebliche Verbesserungen konnte Mawatec auch beim Fertigen von Bohrungen mit kugeligem Sitz für die Knochenschrauben erreichen. Hier kommen nun Sphinx-Stufenbohrer mit spiralisierten Nuten zum Einsatz, die beim Anbohren exakt zentrieren. Zudem fluchten Durchgangsbohrung und Kugelsitz, da die Geometrie im Stufenbohrer festgelegt ist. Für ausreichende Kühlmittelzufuhr und gute Späneabfuhr sorgen innere Kühlkanäle mit Austritt des Kühlmittels in den spiralisierten Spannuten.

„Zum einen bekommen wir innerhalb kürzester Zeit exakt auf die zu fertigenden Werkstückgeometrien ausgelegte VHM-Werkzeuge“, beschreibt Meier die Vorteile der Zusammenarbeit mit Sphinx. „Zum anderen stellen wir immer wieder fest, dass die überwiegend beschichteten VHM-Werkzeuge sehr lange Standzeiten erreichen.“ Somit kann das Fertigungsteam produktiver und wirtschaftlicher arbeiten. Bei dem Zuliefer hat sich die bedienerlose Produktion so bewährt, dass die bestehende Fertigungszelle aus Palettenregal, Roboter und 5-Achs-Bearbeitungszentrum mit einer weiteren gleichartigen Maschine erweitert wurde.

Konrad Mücke Fachjournalist in Schluchsee

Eine komplette Schicht lang bedienerlos produzieren dank hoher Prozesssicherheit