Da chirurgische Instrumente direkt im menschlichen Körper verwendet werden, sind die Anforderungen an ihre Oberflächenqualität, Gratfreiheit und Maßhaltigkeit kritisch. Das treibt auch die Bacher Medizintechnik GmbH als Hersteller von Instrumenten für die Endoskopie und minimalinvasive Chirurgie an. In der Komponentenfertigung ist gleichzeitig Wirtschaftlichkeit gefordert: Bei der zerspanenden Bearbeitung so genannter Maulteile – funktionelle Instrumenten-Greifköpfe zum Fassen oder Trennen von Gewebe – setzt das Unternehmen aus Baden-Württemberg daher auf Fertigungsprozesse, die über viele Stunden automatisiert laufen.
Medizintechnik toleriert keine Qualitätsschwankungen
Auch bei der mannlosen Fertigung erfolgt selbstverständlich während des gesamten Prozesses eine kontinuierliche In-Prozess-Kontrolle. Ein integriertes 3-D-Messtastsystem sowie eine ergänzende Laservermessung überwachen die relevanten Geometrien fortlaufend und stellen so sicher, dass auch in automatisierten Nachtschichten jederzeit die geforderte Qualität eingehalten wird.
Ein weiterer bedeutender Aspekt ist die Leistungsfähigkeit des bearbeitenden Werkzeugs. Denn: „In der Medizintechnik gibt es keinerlei Spielraum für eine schwankende Qualität“, sagt Mate Bekavac, Leiter CNC-Fertigung bei Bacher Medizintechnik. „Gerade bei den Chargen, die mannlos, also ohne direkte Eingriffsmöglichkeit, über Nacht laufen, muss ich mich hundertprozentig darauf verlassen können, dass das Werkzeug bis zum letzten Maulteil ausfallsicher arbeitet und kein Ausschuss entsteht.“
Das Profil der Anforderungen an den Partner Hptec war damit klar – der Werkzeughersteller sollte ein Schruppwerkzeug mit langer Standzeit und gleichbleibend hoher Schärfe für eine konstant stabile und hochwertige Bearbeitung entwickeln. Eine besondere technische Herausforderung lag dabei darin, dass nur ein Werkzeugdurchmesser von maximal 3 mm erlaubt war. Das Zerspanungswerkzeug muss dennoch hohe Kräfte aufnehmen und viel Material in kurzer Zeit abtragen.
Der erste Schritt lag in einer Optimierung der Werkzeuggeometrie durch Hptec: Den Entwicklern gelang es, in kurzer Zeit ein ausgewogenes Verhältnis aus Kerndurchmesser, Spanraum und Schneidgeometrie herzustellen, das für Stabilität bei zugleich effizientem Spanabfluss sorgt. Ergänzt wird die Gestaltung durch eine spezielle Schrupp-Schlicht-Verzahnung. Sie erzeugt kurze Späne und erreicht, entsprechend beschichtet, bereits im Schruppprozess eine gleichmäßige Oberfläche.
Werkzeugbeschichtung ergänzt Werkzeuggeometrie
Ein Merkmal des neuen Fräsers RQR 350 ist die HiPIMS-Beschichtung von Cemecon. In der gemeinsamen Entwicklungsphase gestalteten der Beschichtungsspezialist und der Werkzeughersteller Hptec eine Beschichtung, die der Schneide eine hohe und lang anhaltende Schärfe gibt, wie Cemecon mitteilt. Die Basis dafür bildet der sehr harte und zugleich temperaturstabile Schichtwerkstoff Inoxacon auf TiAlSiN-Basis. Dank Cemecons Erfahrung mit HiPIMS konnte die Beschichtung so angepasst werden, dass sie auch die dauerhafte Stabilität des Werkzeugs unterstützt und dadurch die Standzeit deutlich erhöht.
„Wir erreichen mit dem Mikrofräser jetzt schon beim Schruppen eine großartige Oberflächenqualität mit einem geringen Aufmaß von maximal 0,05 mm, die es uns erlaubt, den folgenden Finishingprozess mit einer sehr kleinen Eingriffsbreite durchzuführen“, erläutert Bekavac. „Das reduziert die Schnittkräfte und damit die Belastung des Schlichtwerkzeugs, verringert die Gratbildung und wirkt sich positiv auf den gesamten Prozess aus.“
Julian Reck, Key Account Manager bei der Hptec GmbH, ergänzt: „Gerade bei Mikro- und Feinbearbeitung ist es entscheidend, dass die Beschichtung die Schneidkante nicht ‚abrundet‘. Cemecon hat für uns die HiPIMS-Beschichtung so spezifiziert, dass genau das erreicht wird: hohe Härte, exzellente Haftung sowie eine Schichtdicke und -homogenität, die das Hartmetallsubstrat und die Werkzeuggeometrie optimal ergänzt.“ Das Ergebnis ist eine Standzeit, die in der Praxis um ein Vielfaches über den zuvor eingesetzten Werkzeugen anderer Hersteller liegt – und das bei konstanter Bearbeitungsqualität über die gesamte Laufzeit.
Für Bacher Medizintechnik bringt neben dieser verlängerten Standzeit vor allem die zuverlässige Prozesssicherheit den entscheidenden Vorteil. Ein verschleißbedingter Qualitätsabfall während der mannlosen Fertigung würde unbemerkt Ausschuss produzieren – und damit hohe Kosten. „Das neue Werkzeug gibt uns die Sicherheit, dass die Maulteile auch nach vielen Stunden automatisierter Fertigung noch exakt die geforderte Qualität haben“, sagt Bekavac.
Gemeinsame Entwicklung eröffnet neue Perspektiven
Das Projekt zeigt, wie eine Zusammenarbeit zwischen Anwender, Werkzeughersteller und Beschichtungsspezialist zum Erfolg führt. Für Hptec ist das mit Cemecon entwickelte Werkzeug zugleich ein wichtiger Schritt in einen Wachstumsmarkt. Die Erfahrung in der Fertigung von Präzisionswerkzeugen für die Leiterplatten- sowie die Dentalindustrie, auch als OEM, ließ sich auf die Medizintechnik übertragen. Die Kompetenzen – von feinmechanischer Präzision über Prozessstabilität bis hin zu Qualitätsanforderungen – bildeten eine Grundlage, um auch in der Medizintechnik belastbare und auf den Anwendungsfall abgestimmte Werkzeuge zu entwickeln.
„Solche Projekte sind für uns mehr als reine Produktentwicklungen“, meint Hptec-Vertriebs- und Marketingleiter Wolfgang Würtz. „Sie zeigen, wie wir mit Partnern neue Märkte erschließen und unsere Kompetenz ausbauen können.“
Das Zusammenspiel aus Werkzeuggeometrie, HiPIMS-Beschichtung und Anwenderintegration macht das Vorzeigeprojekt zu einer Blaupause für weitere Anwendungen – auch über die Medizintechnik hinaus: überall dort, wo Präzision, Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit zusammenkommen müssen.