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Phillips - Medisize Corporation c/o Medisize Schweiz AG

Im Vergleich zur CNC-Verarbeitung kann MIM härtere Werkstoffe produzieren. Es ist bei steigenden Fertigungsvolumen kostengünstiger und senkt das Gewicht, da Spritzguss ein additives, die CNC-Verarbeitung dagegen ein subtraktives Verfahren darstellt.

Im Vergleich zu Feinguss ermöglicht MIM dünnere Wandstärken und eine höhere Oberflächengüte. Eine sekundäre Maschinenbearbeitung ist seltener erforderlich. Das Verfahren ist besser für die Großserienfertigung geeignet.

Im Gegensatz zur Pulvermetallurgie lassen sich mit MIM eine höhere Teilekomplexität sowie geringere Wandstärken erreichen. Das Metallpulver-Spritzgussverfahren sorgt für eine höhere Dichte sowie stärkere Bauteile mit hoher Korrosionsbeständigkeit.

Mit MIM kosten- und zeitsparend produzieren

Bei mittel- und hochkomplexen Bauteilen und Produktionsmengen von nur 2.000 Teilen pro Jahr ist Metal Injection Moulding durchaus wettbewerbsfähig. Bei Teilen, die geprägt oder gedreht werden, oder bei Teilen mit einfacher Geometrie für die anschließende CNC-Bearbeitung kann es jedoch nicht mithalten.

Heute wird MIM in folgenden medizinischen Bereichen genutzt: bei chirurgischen Instrumenten, in der Zahnmedizin und Kieferorthopädie, bei diagnostischen Systemen, bei der Medikamentenzufuhr sowie in der Orthopädie (Bild 3). So banal es klingt: Bei der Produktentwicklung setzt die Planung der Produktion im MIM-Verfahren Know-how in Sachen Spritzgussverfahren voraus. Denn der häufigste Fehler, der hier begangen wird, ist, dass die Konstruktion zunächst auf das Verfahren der CNC-Bearbeitung − ein subtraktives Verfahren − ausgerichtet wird, das sich gut für Prototypen und Kleinserien eignet. Dann wird jedoch bei zunehmenden Produktionsmengen versucht, das Verfahren auf MIM umzustellen, um Kosten- und Gewichtseinsparungen zu erzielen.

Im Allgemeinen bewegt sich das Fertigteilgewicht von MIM-Teilen zwischen 0,1 und 50 g. Was ihre Größe angeht, so passt die Teilegeometrie in der Regel in einen Tennisball. Größere Teile lassen sich aller Wahrscheinlichkeit nach wirtschaftlicher auf CNC-Maschinen oder im Feingussverfahren produzieren. Wichtig sind gleichförmige Wandstärken zwischen 0,76 und 6,35 mm. Ein Entformungswinkel von 0,5 bis 1 Grad erleichtert die Entformung. Die Dimensionstoleranzen betragen ± 0,5 Prozent, um entsprechende Kapazitäten zu erreichen. Das heißt mit anderen Worten, dass bei einer Toleranz von über 1 Zoll ± 0,005 Zoll nötig wären, wenn man eine Kapazität von 1,33 CPK erreichen will. Bei einem Maß von zwei Zoll wären ± 0,010 Zoll erforderlich, um die 1,33 CPK zu erreichen. Die geringste erreichbare Toleranz beträgt ±0,0015 Zoll bei jedem gegebenen Maß. Alles, was noch knapper wäre, würde sekundäre maschinelle Arbeitsabläufe erfordern.

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Häufig genutzte Werkstoffe

MIM eignet sich für eine Vielzahl von Werkstoffen. Sie reichen von niedriglegierten Stählen, Edelstählen, weichmagnetischen Legierungen und Titanlegierungen bis hin zu Speziallegierungen. Während einige der Verarbeiter sich die Pulver beschaffen und die Formmassen intern selbst aufbereiten, nutzen andere bereits gemischte und spritzfähige Formmassen aus anderen Quellen, zum Beispiel PolyMIM oder Catamold-Produkte von BASF. Trotz der Werkstoffvielfalt werden für Medizinprodukte am häufigsten die Edelstähle 17-4PH und 316L verwendet. Beide sind durch ihre Kombination aus Stärke und Korrosionsbeständigkeit für diesen Einsatzbereich prädestiniert. Obwohl spezielle Co-Cr- und Ti-MIM-Legierungen mit Implantatqualität für den Einsatz in Orthopädie- und Zahnimplantaten entwickelt wurden, sind diese Materialien jedoch sehr viel weniger beliebt als Edelstähle für Nicht-Implantate-Anwendungen.

Herstellungsverfahren ins Design einbinden

Großzügige Radien an den Übergängen verhindern mögliche Belastung und Verformung und senken außerdem die Gefahr von Rissen. Eine flache Sinterunterlage ist vorteilhaft für Dimensionsstabilität und Kontrolle. Sie ist jedoch für kleine Komponenten mit einem Gewicht unter 1 g nicht unbedingt erforderlich. Gewinde, die durch das Ausspindeln im Werkzeug entstehen, sind möglich und können durch Eliminierung von sekundären Arbeitsschritten zu erheblichen Kosten- und Zeiteinsparungen führen.

Den größten Vorteil kann man mit Metal Injection Moulding gewinnen, wenn von Anfang an richtig geplant wird. Dann erhält man nach Formen, Entbinderung und Sinterung ein sauberes Bauteil, was eine anschließende maschinelle Nachbearbeitung überflüssig macht. Das führt unterm Strich zu einer Lösung, die kostengünstig und zeitsparend ist. Wie bei allen Form- und Gießverfahren lässt sich das beste Ergebnis erzielen, wenn man die Herstellung – nicht nur die Bauteile – schon früh in die Designphase des Systems einbindet, um die Gestaltung an die Fertigung anzupassen, die Teilezahl zu senken, Montageschritte zu reduzieren und einen Ausgleich zwischen Werkzeuginvestitionen und Teilekosten zu erzielen.

Kontakt:

Medisize Corp.

CH-8309 Nürensborf

www.phillipsmedisize.com

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