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Sigg Strahltechnik

Oberflächen nach Maß

| Redakteur: Peter Reinhardt

Was haben Zahnimplantate und künstliche Hüftgelenke gemeinsam? Beide medizintechnischen Produkte werden mithilfe der Strahltechnik bearbeitet, damit sie maßgeschneiderte Oberflächeneigenschaften aufweisen.

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Hüftimplantat: Mittels Strahltechnik lassen sich maßgeschneiderte Oberflächeneigenschaften erzielen.
Hüftimplantat: Mittels Strahltechnik lassen sich maßgeschneiderte Oberflächeneigenschaften erzielen.
( Bild: BVMed/Zimmer )

Was die Strahltechnik zu leisten vermag, verdeutlicht ein Beispiel aus dem OP-Bereich. Skalpelle, Zangen, Scheren, Sägen und Endoskope sollen matte Oberflächen aufweisen, damit sich darauf keine Leuchten spiegeln und das OP-Personal blenden. Weitere Forderungen betreffen eine möglichst geringe Anhaftung und eine ergonomische Handhabung. Denn wie gut OP-Besteck in der Hand liegt, hängt nicht nur von der Formgebung ab, sondern auch von der Oberflächenbeschaffenheit. Sogar Anhaftungseigenschaften lassen sich durch die geeignete Bearbeitung der Oberfläche gestalten. Mit Mattieren und Aufrauen durch Strahltechnikanlagen werden die gewünschten Oberflächeneigenschaften erzielt.

Verfahren für fast alle Fälle

Das Prinzip von Strahlanlagen ist einfach: Strahlmittel treffen mit hoher Geschwindigkeit auf die Werkstücke und bearbeiten deren Oberflächen. Das vielseitige Verfahren dient zum Aufrauen, Verfeinern, Egalisieren, Mattieren, Entgraten, Satinieren, Läppen, Finishen und Reinigen. Kompliziert ist es hingegen, Anlagen zu bauen, die den erforderlichen Durchsatz erreichen und für die gewünschten Eigenschaften der Werkstückoberfläche sorgen.

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Das Unternehmen Sigg Strahltechnik befasst sich seit rund 60 Jahren mit vielen Facetten der Strahltechnik. Geschäftsführer Jürgen Bächle: „Nach anfänglichem Zögern nimmt diese Bearbeitungstechnik einen immer größeren Stellenwert in der Fertigung von medizintechnischen Produkten ein. Alternativen wie manuelles Entgraten und Polieren sind zu personalintensiv und erzielen nicht die geforderten reproduzierbaren Ergebnisse.“

Bei automatisierten Anlagen komme neben Vorteilen wie reproduzierbaren Ergebnissen und kostengünstigem Einsatz noch die einfache Dokumentation der Fertigungsprozesse hinzu. Diese ist besonders bei der Herstellung von Implantaten sehr wichtig, bei der sich mithilfe der Strahltechnik bestimmte Eigenschaften der Implantate realisieren lassen.

Nass- und Trockenstrahlen

Die medizinische Praxis zeigt, dass aufgeraute Oberflächen erwünschte Gewebereaktionen hervorrufen können: So wachsen gestrahlte Schäfte von Gelenkimplantaten (Bild 1) besser in das umliegende Körpergewebe ein. Gleiches beobachtet man bei Zahnimplantaten und Stents.

Infrage kommen hierfür sowohl das Nass- wie auch das Trockenstrahlen (Bild 2). Die Verfahren unterscheiden sich durch die verwendeten Medien. Bei Druckluft spricht man vom Trockenstrahlen, bei Flüssigkeiten vom Nass- oder Schlammstrahlen. Darüber hinaus werden Anlagen nach dem Injektor- und Druckstrahlprinzip unterschieden. Für leistungsfähiges Strahlen steht das Injektor-Strahlprinzip zur Verfügung. In einem Sammeltrichter befindet sich das Strahlmittel, das von der Injektorluft der Pistole angesogen und mit Pressluft im Pistolenkörper beschleunigt wird. Im Medizintechnikbereich dominieren Injektor-Strahlanlagen in verschiedenen Größen- und Leistungsklassen den Markt. In Anlagen nach dem Druckstrahlprinzip wird das Strahlmittel per Druckluft vom Kessel zur Pistolendüse befördert.

Mit dem Nassstrahlverfahren lassen sich besonders feine Oberflächen erzielen, die bei manchen Produkten der Medizintechnik gefordert werden. Strahlmittel und Wasser werden in einem Behälter aufgerührt und mittels Injektorwirkung von der Pistole auf das Werkstück gestrahlt. Ist ein höherer Druck oder einen größerer Volumenstrom erforderlich, wird die Strahlmaschine mit einer Schlammförderpumpe ausgestattet.

Im Zusammenhang mit den Strahlmitteln warnt Bächle vor minderer Qualität von Billigangeboten: „Am Markt werden derzeit sehr günstige Glasperlen angeboten. Dabei handelt es sich meist um Perlen in zweiter und dritter Qualität, mit denen sich keine reproduzierbaren Bearbeitungsergebnisse erzielen lassen.“

Die Wahl des Strahlmittels

Grundsätzlich darf festgestellt werden: Alle Strahlmittel haben spezifische Eigenschaften, die sie für bestimmte Anwendungen besonders geeignet machen. Mit Glasperlen steht ein Feinstrahlmittel für hochfeine, reine Oberflächen zur Verfügung – beispielsweise zum Mattieren von medizinischen Instrumenten. Alle Glasstrahlmittel von Sigg sind silikonfrei, da selbst kleinste Bestandteile das spätere Eloxieren, Verchromen und Lackieren von gestrahlten Oberflächen verhindern würden. Zur Oberflächenveredelung von Teilen aus Edelstahl und Aluminium werden in der Medizintechnik oft Keramikperlen verwendet. Die mikromechanische Verankerung zwischen Implantat und Knochen wird beispielsweise durch Korundstrahlen erleichtert.

Im Testlabor von Sigg können abhängig von den gewünschten Oberflächeneigenschaften und den verwendeten Anlagen das richtige Strahlmittel, dessen Körnung und weitere Prozessparameter wie Strahlmitteldruck, Abstand zwischen Strahlpistole und Werkstück und die Dauer der Bearbeitungszeit ermittelt werden.

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