Elektrolytisches Plasmapolieren: Junges Verfahren in der Oberflächentechnik bietet Vorteile für Medizinprodukte

Ein ganz besonderer Glanz

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Das elektrolytische Plasmapolieren kommt ohne umweltschädigende Chemikalien aus und führt dennoch zu besonders glatten Ergebnissen in der Oberflächentechnik. Es ist heute industriell nutzbar, und der entsprechende Dienstleister bearbeitet viele Aufträge aus der Medizintechnik.

Hochglänzende polierte Oberflächen für ästhetische und funktionale Anwendungen sind insbesondere in der Medizintechnik gefragt. Mit einem neuen Verfahren für die Oberflächentechnik, dem so genannten elektrolytischen Plasmapolieren, lassen sich manche Nachteile klassischer Poliermethoden überwinden und hochwertige Ergebnisse für die Oberflächentechnik erzielen. Das Verfahren beruht auf einem physikalisch-chemischen Effekt, der an den Oberflächen von Elektroden eines elektrolytischen Systems in Verbindung mit hoher elektrischer Spannung abläuft. Im Verfahren werden umweltschonende Substanzen mit einem pH-Wert von 6 bis 7 als Elektrolyt eingesetzt, sodass die polierten Teile einfach zu reinigen sind – abspülen mit Leitungswasser genügt.

Das ist kein Zufall: Anwendungen in der Feinmechanik, der optischen Industrie und der Medizintechnik, bei denen keine Kontaminationen am Werkstück zurückbleiben dürfen, hatten die Entwickler schon im Blick, als sie das Verfahren vor gut zehn Jahren in einem Kooperationsprojekt mit Industrieunternehmen und einem Forschungsinstitut erarbeiteten. Einer, der in der Entwicklungsphase dabei war, ist Tobias Weise. Er arbeitet heute als Betriebsleiter und Prokurist bei der 2007 gegründeten Plasotec GmbH in Rathenow. Diese ist in erste Linie als Dienstleister für das Plasmapolieren tätig, bietet aber auch den Anlagenverkauf an.
Da das Verfahren noch nicht überall bekannt ist, kommen Verwechslungen mit dem verbreitet genutzten Elektropolieren immer wieder vor. „Um das Plasma zu erzeugen, arbeiten wir mit deutlich höheren Spannungen, kommen dafür aber ohne Säuren und andere aggressive Chemikalien aus“, sagt Weise. „Das ist von Vorteil, denn sehr viele Teile, die wir behandeln, kommen aus der Medizintechnik.“ Dazu zählen Knochenplatten und -nägel aus Titan und Titanlegierungen, die für die Traumachirurgie verwendet werden, oder auch Teile aus nicht rostendem Stahl mit hohen Anforderungen an die Geometrietreue und Passgenauigkeit, wie sie bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Komponenten gefordert wird. Nicht zu vernachlässigen ist das Finishing von Baugruppen, deren Oberflächenhärtung nicht verringert werden darf.
Hierfür werden die anodisch gepolten metallischen Werkstücke in ein elektrolytisches Bad gegeben, das zu etwa 98 % aus Wasser besteht und 2 bis 3 % Salz enthält. Bei der Elektrolyse entstehen Gas und – prozessbedingt – ein Plasma, welches das Werkstück wie eine Haut überziehen. Die thermischen und elektrochemischen Vorgänge in der Plasmahaut erzeugen laut Weise „einen Glanz auf der Oberfläche, der sich mit klassischen Poliermethoden nicht erzielen lässt“. Das Verfahren sei sehr gut geeignet, um Oberflächen von Instrumenten und Implantaten zu bearbeiten. Erreicht werden damit Rauheitswerte von unter 0,01 µm.
Weil das Verfahren mit geringen Abtragsraten arbeitet, bleiben Passungen unbeeinträchtigt. „Der typische Materialabtrag von weniger als ein Mikrometer pro Minute ist zehn bis fünfzehn Mal kleiner als beim Elektropolieren“, erläutert der Betriebsleiter. „Damit können wir auch Knochenraspeln gut polieren, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Werkzeuge stumpf werden – was beim Elektropolieren schon bei kurzen Zeitüberschreitungen im Bad passieren kann.“ Viele Aufträge bekommt Plasotec auch aus der Dentalindustrie. „Wenn kleinste Fräs- und Bohrwerkzeuge mit Werkzeugen von Hand entgratet werden, entstehen leicht Defekte – doch das ist beim Plasmapolieren kein Thema.“
Für Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien haben die Rathenower mehrere Anlagen in Betrieb. Inzwischen liegen Erfahrungen für das Polieren mehrerer tausend verschiedener Teile vor. Um für ein neues Teil die geeigneten Prozessparameter und den optimalen Elektrolyten zu bestimmen, brauchen die Rathenower laut Weise drei bis fünf Tage. Behandelt werden heute sowohl Einzelstücke als auch Serien bis zu 30 000 oder 50 000 Stück – zumeist Kleinteile mit Abmessungen bis zu 500 mm x 500 mm x 500 mm. Lediglich Schüttgut lässt sich mit dem Plasmapolieren nicht behandeln. Eine Vorbehandlung ist nicht erforderlich, und auch geschweißte Bereiche müssen vor dem Polieren nicht gebeizt werden.
Die plasmapolierten Oberflächen zeigen, wie in Tests nachgewiesen wurde, keine zytotoxischen Wirkungen und werden durch Passivierungseffekte zugleich geschützt: Durch die anodische Schaltung wird dem Werkstück viel Sauerstoff angeboten, so dass sich die für die Korrosionsbeständigkeit unumgängliche Chromoxidschicht an der Oberfläche dicht ausbildet.
Neue Verfahrensentwicklungen sollen zukünftig ein partielles Polieren von Implantaten ermöglichen. „In Zusammenarbeit mit einem Unternehmen testen wir gerade das Polieren von Stents aus Nitinol“, berichtet Weise. Die ersten Tests an Titan- und Edelstahllegierungen seien viel versprechend.
In einem weiteren Projekt soll das Verfahren auch für Teile mit Hohlräumen anwendbar werden: Zwar gelangt der Elektrolyt in die Hohlräume hinein, das elektrische Feld bisher aber nicht. „Wir arbeiten in einem Verbundprojekt mit der Universität Rostock an Kathoden, die in die Hohlräume eingebracht werden können, so dass sich auch hier die für das Polieren erforderliche Plasmahaut ausbilden kann.“
Dr. Birgit Oppermann birgit.oppermann@konradin.de

Über den Dienstleister
Die Plasotec GmbH hat ihren Firmensitz im Technologie- und Gründerzentrum in Rathenow. Zum Leistungsspektrum gehört das elektrolytische Plasmapolieren von Metallteilen. Das Verfahren eignet sich für alle nichtrostenden Stähle, Titan und Titanlegierungen, Nickel und Nickelbasislegierungen, Wolfram, Molybdän, Kobalt, Kobalt-Chrom und alle Buntmetalle und deren Legierungen. Hauptgeschäftsfeld ist derzeit die Medizintechnik.
Weitere Informationen: www.plasotec.de/index.html

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