Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 01/2017, 20.01.2017

Fräsen für die Gesundheit

Bei der Hymec Fertigungstechnik GmbH, einem renommierten Lohnfertiger für die Medizintechnik, stellen die verschiedenen Formen, Abmessungen und Stückzahlen der Werkstücke sowie der hohe Anteil an schwer zerspanbaren Werkstoffen höchste Anforderungen an spanende Werkzeuge. Das Frässystem «DS-Titan» von Horn bewältigt diese Aufgabe.

(msc) Die Herstellung von medizintechnischen Geräten, Implantaten und OP-Instrumenten aus rostfreiem Stahl oder Titan ist sehr anspruchsvoll. Deshalb müssen die spanenden Werkzeuge höchste Ansprüche an Qualität, Präzision, Sicherheit und Prozesseffizienz erfüllen. Mit diesen Herausforderungen beschäftigt sich Tibor Veres, Geschäftsführer der 1972 gegründeten Firma Hymec Fertigungstechnik, täglich. Das Unternehmen geniesst einen herausragenden Ruf als Manufaktur für Feinstpräzision und gilt als Toplieferant für Orthopädie-Implantate.

In Norderstedt bei Hamburg produziert man Prototypen, Klein- und Grossserien aus Alu- und Titanlegierungen, Implantatstahl und anderen nichtrostenden Werkstoffen. Hochmoderne CNC-Maschinen ermöglichen Drehbearbeitungen bis 250 mm Durchmesser und das Zerspanen von kubischen Werkstücken bis 400 × 400 × 300 mm.

Das Team von Hymec ist zwar in Sachen Präzisionswerkzeuge bestens informiert. Dennoch besteht beim Zerspanen von Titan immer wieder Informationsbedarf, da viele Werkzeuge wegen der hohen Verschleiss- und Hitzebeständigkeit dieses biokompatiblen Werkstoffs schnell an ihre Grenzen stossen. Tibor Veres verfolgt hier einen pragmatischen Weg: «Wir liefern Topprodukte und bewegen uns dabei oft im Grenzbereich des technisch Machbaren. Deshalb brauchen wir Lieferanten mit Spitzenprodukten und Spitzendienstleistungen. Bei den spanenden Werkzeugen setzen wir fast ausschliesslich auf Produkte der Firma Horn.»

So lautete bei der Bearbeitung eines Bandscheibenimplantates die Aufgabenstellung: Herstellung eines Prototypen aus Ti6Al4V-Stangenabschnitten mit Durchmesser 40 × 30 mm in einer Aufspannung auf einem 5-Achs-BAZ «C 12 U» von Hermle. Erwartet wurden von Horn Empfehlungen für die Bearbeitungsstrategie und für ein Werkzeugkonzept zur Komplettfertigung; alles im Hinblick auf eine spätere Serienfertigung von etwa 1000 Implantaten/Jahr.

Das CAM-Programm für das Implantat zeigt zahlreiche Freiformflächen, weist etwa 20 verschiedene Radien auf und enthält viele, unter verschiedenen Winkeln angeordnete Hohlkehlen. Es wurde bei Hymec mit dem CAM-System «Hypermill» programmiert.

Der Zerspanungsspezialist Thomas Wassersleben, bei Horn zuständig für technische Beratung, entschied sich für den Einsatz des neuen Frässystems DS-Titan. Als Bearbeitungsstrategie wählte er das Schruppen aller Konturen mit Aufmassen von 0,1 bis 0,05 mm mit anschliessendem Schlichten. Die neuen Fräser mit Schneidkreisdurchmessern von 2 bis 20 mm und mit vier oder fünf Schneiden sind in den Ausführungen 2 × D und 3 × D lieferbar. Ihre wichtigsten Merkmale: polierte Schneiden, positive Spanwinkel, grosse Freiwinkel und die Schneidstoffsorte «TSTK» mit hoher Temperaturbeständigkeit und geringer Wärmeeinleitung ins Substrat. Unterschiedliche Drallwinkel und Teilungen führen zu weichem Schnitt und verhindern Vibrationen.

Zum Schruppen wählte Thomas Wassersleben einen Vollhartmetallschaftfräser mit Schneidkreisdurchmesser 10 mm und Eckenradius 0,2 mm sowie einen Fräser mit 6 mm Durchmesser und 0,5 mm Eckenradius. Beim Schlichten setzte er auf einen Schaftfräser mit Durchmesser 1 mm. Für die anderen Arbeitsgänge am Implantat kamen weitere DS-Fräser mit Schneidkreisdurchmessern von 0,6 bis 10 mm zum Einsatz, dazu ein 2-mm-Kugelfräser und ein Gewindefräser mit Teilprofil Typ «DCG» mit drei Schneiden in der Hartmetallsorte «AN 25». Er fräst das besonders heikle, unter 35 ° geneigte und 8 mm tiefe Durchgangsgewinde M 3,5 × 0,5 in einem Durchgang. Zuvor bohrt ein Fräser das Kernloch mit 3 mm Durchmesser.

Als höchst anspruchsvoll erwies sich das Fräsen von zwei Spikes. Ihr 43°-Kegel ist etwa 2 mm hoch und muss in einer «geometrisch perfekten» Kegelspitze enden. Diese Forderungen erfüllte der Mikrofräser «DSTM» im Schrupp- und Schlichtdurchgang bei Drehzahlen von 3000 bis 18 000 min-1 und Zahnvorschüben (fz) von  0,02 bis  0,04 mm. Während der gesamten Bearbeitung wurde das Implantat mit einer vom Hymec-Kunden vorgegebenen Emulsion bei 80 bar gekühlt.

Tibor Veres bewertet die Ergebnisse so: «Mit diesen Werkzeugen produzierten wir das Implantat mit Toleranzen von + 0,02 mm und einer Oberflächenrauheit von Rz ≤ 4 µm in einer Laufzeit von 1 Stunde und 40 Minuten. Dieses herausragende Ergebnis liefert uns eine fundierte Basis für weitere Kalkulationen. Besonders überzeugt haben uns ausserdem die Prozesssicherheit und Standzeit der Fräser.»

Hinsichtlich künftiger Entwicklungen sieht er bei den Werkzeugen die wachsende Bedeutung der anwendungsorientierten Abstimmung von Substrat, Geometrie und Beschichtung und die darauf abgestimmten Bearbeitungsparameter. All dies ist ihm bei Horn sicher.

Hymec Fertigungstechnik GmbH
DE-22844 Norderstedt, Tel. +49 40 5708360
info@hymec.de

Horn: Dihawag
2504 Biel, Tel. 032 344 60 60
info@dihawag.ch



Besonders anspruchsvoll: Das Fräsen der beiden Spikes (rot) und des Durchganggewindes M 3 × 0,5 des Implantates aus Werkstoff Ti6Al4V. (Bilder: Horn)


Eine Auswahl der neuen Schaftfräser DS-Titan für die Bearbeitung von Titan.