Die im 3D Druckverfahren hergestellten, auf individuelle Patienten abgestimmten Implantate – insbesondere Kranialplatten – sind heute in der Fachwelt allgemein anerkannt. Die CT-scan-to-CAD-Software, die zu ihrer Herstellung verwendet wird, hat einige Preise gewonnen. Viel wurde schon geschrieben über die CT scan-to-CAD Methode und wie Titan-Pulver von LPW in den additiven Herstellungsmaschinen (AM) bei Renishaw zur Herstellung dieser lebensrettenden Komponenten verwendet werden. Aber relativ wenig wurde bisher über die außergewöhnlich hohe Oberflächenqualität der Implantate berichtet.
Der auf solche Operationen spezialisierte Neurochirurg Bartolome Oliver benötigte eine satinierte, matte Oberfläche der Implantate, um sie den Schädelpartien der Patienten anzupassen. Andy Wescott, Anwendungstechniker bei Renishaw, bekam die Aufgabe, einen kostengünstigen, reproduzierbaren Prozess zur Oberflächenbearbeitung der Schädelimplantate zu entwickeln, der in einem Schritt direkt vom Rohprodukt sowohl ein mattes als auch hochglänzendes Finish erlaubt.
Gleitschliffbearbeitung eignet sich auch für 3D-Druck-Teile
Die Lösung dieser Aufgabe erforderte nicht die Neuerfindung des Rades, sondern lediglich die Entwicklung eines Bearbeitungsprozesses unter Verwendung einer Rösler Gleitschliffanlage. Die Qualität additiv hergestellter Werkstücke ist inzwischen so gut, dass sie wie alle anderen metallischen Werkstücke bearbeitet werden können. Und Rösler beschäftigt sich seit rund 80 Jahren mit Oberflächenbearbeitung, besitzt also ein umfassendes Know-how auf dem Gebiet der Gleitschliff- und Strahlbearbeitung von metallischen Werkstücken. Da im AM-Verfahren gefertigte Werkstücke eine relativ raue Oberfläche aufweisen, kann Rösler seine Erfahrung auf dem Gebiet der Oberflächentechnik einbringen. Deshalb entschied sich Andy Wescotts Abteilung eine Rösler Fliehkraftanlage, Typ FKS 04, zum Schleifen und Polieren ihrer Komponenten einzusetzen.
Mit dem neuen Verfahren erfordern die Schädelimplantate, die in einer Renishaw AM250 hergestellt werden, nur noch ein Minimum an Handarbeit zur Entfernung von Stützhilfen und leichten Oberflächenglättung mit einer Lamellen-Schleifscheibe, bevor sie in die Rösler Fliehkraftanlage eingebracht werden. Nach einem dreistufigen Bearbeitungsprozess weisen die Teile eine extrem glatte Oberfläche auf. Insgesamt wurde der Anteil an Handarbeit von fünf Stunden auf weniger als eine Stunde verringert.
Spezielle Halterung bringt die Werkstücke in Position
Renishaw brachte sein technisches Know-how ein, um sicher zu stellen, dass mit dem neuen Bearbeitungsprozess absolut reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Andy Wescott: „Wir haben eine Halterung entwickelt, die unsere Werkstücke in einem präzise berechneten Winkel in der Gleitschliffanlage positioniert. Anstatt wie sonst üblich, bewegen sich die Teile nicht frei in der Schleifkörpermasse, sondern werden in einer vorgegebenen Position in die drei verschiedenen Schleifkörpertypen eingetaucht. Spezifische Oberflächenbereiche müssen vor dem Schleifmedium geschützt werden. Um dies zu erreichen, sorgt die Halterung dafür, dass nur jene Bereiche in die Schleifkörpermasse eingetaucht werden, die geschliffen und geglättet werden müssen.“
Obwohl noch keine universelle Oberflächenbearbeitungsmethode für additive Herstellungsprozesse entwickelt werden konnte, hat Renishaw bewiesen, dass innovative Lösungen möglich sind. Ähnlich wie der additive Herstellungsprozess selbst hängt die Oberflächenbearbeitung wesentlich davon ab, wie man bestehende Bearbeitungsverfahren auf die einzelnen Anwendungsfälle anpassen kann.
„Die Oberflächenbearbeitung für additiv hergestellte Produkte steckt noch in den Kinderschuhen. Aber ich halte es für absolut falsch, wenn man die additive Fertigung als eine in sich geschlossene Herstellungstechnologie betrachtet“, erläutert Ed Littlewood, Marketingleiter für die Medizin- und Dental-Abteilung bei Renishaw, und ergänzt: „Betrachten Sie beispielsweise die spanende Bearbeitung. Wir verwenden diese Bearbeitungsmethode schon seit vielen Jahren und betrachten es als selbstverständlich, dass hierzu entsprechende Entgrat- und Eloxierprozesse zur Verfügung stehen. Genau wie bei der spanenden Bearbeitung müssen wir zuverlässige Bearbeitungsprozesse entwickeln, die zu der additiven Herstellungsmethode passen.“
So funktioniert das Verfahren
Beim Fliehkraftgleitschliffverfahren rotiert in einem feststehenden, zylindrischen Arbeitsbehälter ein Drehteller, welcher von der Behälterwand getrennt ist. Aufgrund der so erzeugten Fliehkraft fließt das Werkstück-/Schleifkörpergemisch in der Anlage entlang der Behälterwandung Richtung Rand, um der Schwerkraft folgend wieder zurück in den Drehteller zu gelangen, wo es erneut beschleunigt wird.
Das Spektrum möglicher Bearbeitungen liegt bei diesem Verfahren in Abhängigkeit von der Drehzahl des Tellers und dem Prozesswasserstand zwischen Polieren und intensivem Schleifen beziehungsweise Entgraten. Gegenüber Gleitschiffbearbeitungen in Vibratoren ist in Fliehkraftschleifanlagen eine Leistungssteigerung um das 10- bis 30-Fache zu realisieren.
