Winzige chirurgische Federscheren, Nadelhalter und Pinzetten sind das Spezialgebiet der Microma Martin Alber GmbH & Co. KG aus Irndorf. Um den Anforderungen an solche mikrochirurgischen Instrumente gerecht zu werden, ist Qualität Pflicht. Das Erfolgsrezept bei Microma ist die Kombination aus Sondermaschinen, Materialien und Präzisionswerkzeugen. „Präzision und Qualität sind unverzichtbar in der Medizintechnik und werden in unserer Fertigung kompromisslos eingehalten. Aber selbstverständlich stehen auch bei uns Wirtschaftlichkeit und Produktivität immer im Fokus. Deswegen stellen wir unsere Prozesse regelmäßig auf den Prüfstand, um Optimierungspotenziale zu erschließen. So suchten wir nach einem effizienten Fräswerkzeug, um unsere Bearbeitungszeiten zu reduzieren. Fündig wurden wir bei Nachreiner“, sagt Jan Alber, Produktionsleiter bei Microma.
Eigene Beschichtungskompetenz für differenzierte Werkzeuge
Präzisionswerkzeuge für anspruchsvolle Zerspanaufgaben von Metall, NE-Metallen, Kunststoff und Verbundwerkstoffen sind die Expertise der Nachreiner GmbH in Balingen. Das Unternehmen produziert so weit wie möglich im eigenen Haus. Dabei sind die temperierte Fertigung, Technik zur Kantenpräparation und Optimierung der Mikrogeometrie sowie Schleif-, Mess- und Automatisierungstechnik feste Größen in ihrer Werkzeugproduktion. Seit einigen Jahren ist zudem eine Inhouse-Beschichtungslinie der Cemecon AG, Aachen, rund um die CC800-HiPIMS-Beschichtungsanlage zentraler Bestandteil der Fertigung. Martin Seifriz, Geschäftsführer bei der Nachreiner GmbH, berichtet: „Wir haben den Anspruch, unseren Kunden jetzt und zukünftig die besten Zerspanwerkzeuge zu entwickeln, damit sie eine hervorragende Qualität ihrer Produkte erzielen können. Die CC800 HiPIMS ist der Schlüssel, um uns durch hochwertige Beschichtungen besser vom Wettbewerb differenzieren zu können.“
Mit dem HiPIMS-Verfahren hat Cemecon laut eigener Mitteilung die Qualität und Leistungsfähigkeit von Beschichtungen im Vergleich zu anderen Verfahren deutlich gesteigert. Das Verfahren ist flexibel und für die Beschichtung vieler verschiedener Werkzeugvarianten geeignet. Ob kleine Chargen oder hohe Stückzahlen: Es lässt sich an unterschiedliche Anforderungen etwa von Mikrowerkzeugen bis hin zu Werkzeugen für die Schwerzerspanung anpassen – und dies innerhalb kurzer Zeit. Über diese Bandbreite sind die HiPIMS-Beschichtungen glatt, haftfest, hart und gleichzeitig zäh, haben eine feinkristalline, dichte Morphologie, angepasste Eigenspannungen und hohe thermische Stabilität. Auch die gleichmäßige Schichtdickenverteilung trägt zum Verschleißschutz der Zerspanwerkzeuge bei.
Anwendung mit speziellen Herausforderungen
Die Herstellung von mikrochirurgischen Instrumenten stellt hohe Anforderungen an die Zerspanwerkzeuge: Hergestellt werden sie aus rostfreiem Stahl (1.4034 beziehungsweise 1.4022). Diese Stähle zeichnen sich durch eine hohe Korrosions- und Säurebeständigkeit aus. Dabei sind sie sehr zäh und besitzen eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Das sind sehr gute Eigenschaften für den Einsatz in der Medizintechnik, für die Zerspanung aber eine herausfordernde Kombination. Denn beim Bohren, Fräsen oder Drehen entstehen hohe Temperaturen an der Schneide, die das Werkzeug schädigen können. Darüber hinaus ist die Bearbeitung selbst sehr anspruchsvoll: Das Fräswerkzeug muss an einem langen und dünnen Bauteil einen hohen Materialabtrag erreichen und dabei auch noch gute Oberflächenqualitäten erzielen.
In einem ersten Schritt wechselte Microma zum VHM-HPC-Superstar-Fräser aus dem Standardprogramm von Nachreiner, der dann in einem zweiten Schritt noch einmal an die Anwendung angepasst wurde. „Die Kombination aus einem 3- und einem 6-schneidigen Werkzeug bei unserem Superstar-Fräser ermöglicht sowohl effizientes Schruppen als auch ruhiges Schlichten mit hervorragender Oberflächenqualität. Denn die ungleiche Teilung verhindert unter anderem Vibrationen sowie Schwingungen und ist so für die sehr gute Laufruhe und reduzierte Reibung verantwortlich“, erläutert Seifriz.
TiAlSiN-Beschichtung steigert Produktivität und Standzeit
Schon mit der Standardvariante konnte Microma den Vorschub verdreifachen sowie die Schnittgeschwindigkeit um mehr als 30 % erhöhen. „Wir verkürzten unsere Bearbeitungszeit und erhielten so erstklassige Bearbeitungsergebnisse bei gesteigerter Produktivität“, freut sich Alber. Doch das war nur der Anfang; die Optimierung des Werkzeugs verbesserte die Resultate weiter. Dazu stimmten die Experten in enger Zusammenarbeit den Fräser auf die Anwendung von Microma ab und verdoppelten fast die Werkzeugstandzeiten. Neben der Anpassung der Mikrogeometrie brachte vor allem die TiAlSiN-Beschichtung den zusätzlichen Schub.
Der Standard-Fräser von Nachreiner hat eine AITiN-Beschichtung. Bei der Zerspanung von rostfreiem Edelstahl bietet die TiAlSiN-Beschichtung jedoch deutliche Vorteile: Sie schützt dank ihrer hohen Temperaturstabilität bis 1.100 °C das Werkzeug vor Hitze im Zerspanprozess, und die Wärme wird durch den Span abgeführt. „Die extreme Glätte, bedingt durch das HiPIMS-Verfahren, reduziert die Wärme weiter. Zudem besitzt TiAlSiN eine geringe Affinität zu rostfreien Stählen. Das verhindert zuverlässig Aufbauschneiden und sorgt für Prozesssicherheit“, sagt Marc Semder, Sales Manager bei Cemecon.
Die Zusammenarbeit von Microma und Nachreiner zeigt, wie entscheidend der Austausch zwischen Anwender und Werkzeughersteller ist. Durch den Einsatz der HiPIMS-Technologie von Cemecon und die Optimierung der Werkzeuggeometrie konnte Microma die Bearbeitungszeit verkürzen, und das bei gleichzeitig deutlich höheren Werkzeugstandzeiten.