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Einsatz der PECM-Technologie in der Medizintechnik PECM. Präzise und immer gratfrei produzieren

PEMTec-Maschinen sind in der Medizintechnik etabliert. Gerade in der Serienfertigung und bei Mikrostrukturen werden immer mehr Metalle mittels PECM-Verfahren berührungslos und gratfrei bearbeitet.

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Symbolbild PECM-Bearbeitung von Knochen-Kompressionsplatten und -Kompressionsschrauben
Symbolbild PECM-Bearbeitung von Knochen-Kompressionsplatten und -Kompressionsschrauben
(Bild: ©PEMTec, Shutterstock)

Was ist präzise elektrochemische Metallbearbeitung?

PEMTec hat das Wort „Pemmen®“ geschaffen, um die PECM-Technologie klar zu beschreiben und eindeutig von anderen abtragenden Metallbearbeitungen abzugrenzen. Bei dem Verfahren werden Metallteile berührungslos bearbeitet, indem zwischen einer negativ gepolten Werkzeugelektrode (Kathode) und einem positiv gepolten Werkstück (Anode) ein elektrisch leitfähiger Elektrolyt (Salzwasser) eingebracht wird. Die Werkzeugelektrode fährt an das Werkstück heran, bis der gewünschte Arbeitsspalt und damit Abstand erreicht wird. Dann wird oszilliert und im unteren Totpunkt ein oder mehrere Strompulse gesetzt, so dass eine erste Schicht an Material ionisiert ist. Der Elektrolyt trägt dann im Bearbeitungsspalt das anodisch ionisierte Material ab. Dabei wird die Elektrode umgekehrt auf dem Metall abgebildet. Die oszillierende Werkzeug-Elektrode ist mit dem Strompuls synchronisiert, das gilt sowohl für Bearbeitungen im Front- als auch Seitenspalt. Der sehr kleine Bearbeitungsspalt ist die Basis für eine sehr präzise Metallbearbeitung. Ohne thermische oder mechanische Einflüsse entstehen gratfreie Werkstücke mit einer Abbildegenauigkeit sowie Wiederholbarkeit im unteren µm-Bereich und einer Oberflächengüte von bis zu Ra 0,03 µm. Mit dem PECM-Verfahren konnten bereits anspruchsvolle medizintechnische Anwendungsfälle, dank der Verfahrensvorteile, gelöst werden. Kurz zusammengefasst sind diese: eine berührungslose Bearbeitung, absolute Gratfreiheit, keine Gefügeveränderungen und hohe Material-Standfestigkeiten ohne Mikrorisse.

Wofür eignet sich im speziellen die PECM-Technologie?

Mittels PECM-Prozess und den damit verbundenen Vorteilen werden gleichzeitig Mikro- sowie Makrostrukturen mit einer präzisen Elektrode berührungslos, spiegelverkehrt ins Material übertragen. Neben Edelstahl werden auch die für die Medizintechnik besonders wichtigen, schwer zu zerspanenden Materialen wie Kobalt-Chrom-Stähle, Titanlegierungen, molybdänhaltige Stähle sowie Nitinol bearbeitet. Weiterhin können mit der neu entwickelten PEMTec Maschinenlösung auch Hartmetallwerkstoffe in sehr hoher Qualität wirtschaftlich endbearbeitet werden.

Der prozessimmanente Vorteil der Technologie ist besonders für die Medizin, dass keine Späne, keine Grate und keine Mikrorisse entstehen können. Damit besteht nicht die Gefahr, dass sich Partikel später lösen. PECM eignet sich vor allem für die Klein- oder Großserienfertigung in der Medizintechnik. Es ermöglicht Teile standardisiert bzw. automatisiert zu fertigen, die derzeit noch teilweise händig und mit hohem Personalaufwand produziert werden.

Erfolgreiche PECM-Anwendungen aus der Medizintechnik.

Kniegelenksprothesen

Die Kniegelenksprothesenrohlinge (Femur und Tibia) werden entweder im Feingussverfahren oder additiv aus einer Kobalt-Chrom-Legierung produziert. Das PECM-Verfahren bietet hier die Möglichkeit die Bauteile in kürzester Zeit nachzubearbeiten und die geforderten Oberflächengüten und Genauigkeitstoleranzen zu erreichen, ohne nachfolgenden Polierschritt. Dabei sind Oberflächengüten von Ra < 0,05 µm (hochglanzpoliert) möglich und dass innerhalb einer Genauigkeitstoleranz von ≤10 µm.

Die PECM-Bearbeitungs- und Polierzeit für eine additiv gefertigte Oberschenkelprothese beträgt 16 Minuten für insgesamt drei Arbeitsschritte.

Eine Tibia kann in einem Arbeitsschritt gefertigt werden und benötigt eine Prozesszeit von 150 Sekunden. Hier ist auch eine Mehrfachbearbeitung möglich.

Zusammenfassend darf festgehalten werden, dass zeitlich aufwendige manuelle Polierschritte entfallen und eine serielle Fertigung mittels PECM-Technologie höchst wirtschaftlich ist.

Symbolbild PECM-Bearbeitung von Kniegelenksprothesen
Symbolbild PECM-Bearbeitung von Kniegelenksprothesen
(Bild: ©PEMTec, Shutterstock)

Mikropinzette

In Pinzettenrohlinge, zum einen aus Edelstahl (1.4021) zum anderen aus Titan Grade 5 wird eine sehr filigrane Struktur an der Spitze eingebracht. Die Einbringungstiefe ist ca. 0,8 mm. Die gewünschte Struktur als auch Oberflächengüte wurden mit „Schruppen“ und einem Polierschritt erreicht. Die Bearbeitungszeiten in der Einfachbearbeitung lagen beim Edelstahl bei 14 Minuten und bei Titan sogar nur bei 12 Minuten.

Mit dem entsprechenden Werkzeug und der nötigen Vorrüstung ist eine 8-fach-Bearbeitung vollautomatisiert machbar.

Symbolbild PECM-Bearbeitung einer medizinischen Pinzette
Symbolbild PECM-Bearbeitung einer medizinischen Pinzette
(Bild: ©PEMTec, Shutterstock)

Die Medizintechnik und präzise elektrochemische Metallbearbeitung gehen Hand in Hand.

PEMTec beliefert seit Jahren die Medizintechnik mit Maschinen und Lösungen, die helfen, dass Menschen schneller genesen und gesund bleiben. Ob Tablettierwerkzeuge, chirurgische Instrumente oder Implantate, Präzision ist in der Medizin unabdingbar. Daneben sind hundertprozentige Gratfreiheit und höchste Oberflächengüte Grundvoraussetzungen. Festzuhalten bleibt außerdem, dass sämtliche Materialien ohne Mikrorissbildungen sowie Verunreinigungen hergestellt werden können.

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