Zerspanung im Zeitalter von 3D-Druck und Industrie 4.0

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Herausforderungen bei der Fertigung von Magnesiumimplantaten

Zur Fixierung von Knochenbrüchen werden bisher in der Regel Implantate aus Stahl- und Titanlegierungen verwendet. Diese besitzen allerdings eine mehrfach höhere Steifigkeit als die menschlichen Knochen. Das führt zum Knochenabbau, dem sogenannten Stress-Shielding, und hemmt die Heilung. Zudem müssen entsprechende Knochenfixierungen bei späteren Funktionsbeeinträchtigungen wieder entfernt werden.

„Eine vielversprechende Alternative stellen hierfür Implantate aus resorbierbaren Magnesiumlegierungen dar“, ist Dr. Britta Hering vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover überzeugt. Deren degradationsbedingter Stabilitätsverlust kann an die wachsende Knochenstabilität angepasst werden und unterstützt so optimal die Knochenheilung.

Die Korrosionsrate von Magnesiumlegierungen hängt dabei zum einen von der Zusammensetzung der Legierung ab. Zum anderen wird sie wesentlich von deren Oberflächen und Randzoneneigenschaften bestimmt. Diese Eigenschaften können entscheidend durch die Fertigungsbedingungen beeinflusst beziehungsweise zumindest in gewissen Grenzen gesteuert werden. Gleichzeitig müssen die Prozessbedingungen so gewählt werden, dass eine Entzündung des leicht brennbaren Magnesiumstaubs verhindert wird. Am IFW werden derzeit sämtliche Ergebnisse der Grundlagenforschung auf die Fertigung eines realen Implantats in Form einer Interferenzschraube übertragen.

Den Spanbruch individuell beeinflussen

Um die mechanischen Eigenschaften von Implantaten zu verbessern werden immer mehr schwer zerspanbare Materialien eingesetzt. Das führt jedoch dazu, dass die Prozesse immer schwieriger zu beherrschen sind. Gerade im Bereich des Drehens verhindern Späne, die sich um die Werkstücke wickeln, die Wirkung von Kühlschmierstoffen und die Übergabe in die Abgreifspindel. Um dies abzustellen, hat Maier Werkzeugmaschinen in verschiedenen Versuchen Materialien mit hoch- und niederfrequenten Schwingungen zerspant. Dabei wurde grundsätzlich festgestellt, dass durch den verbesserten Spanbruch die Reibung an der Spankehle vermindert und die Kühlung verbessert wurde. Dies führt dazu, dass sich die Leistungsaufnahme der Spindel reduziert und die Werkzeugstandzeit erhöht. Durch die Modulation der Amplituden kann letztlich ein kontrollierter Spanbruch erzeugt werden. Dadurch ist der Span keine Unbekannte mehr, sondern individuell beeinflussbar, ohne die Werkzeuggeometrie zu verändern. „Eine Beeinflussung des Spanbruchs durch modulierte Schwingungen verbessert die Prozessstabilität beim Drehen und Bohren von Implantaten aus schwer zerspanbaren Materialien“, erklärt Michael Maier, Geschäftsleitung/CEO von Maier Werkzeugmaschinen vorab.

Präventives Lieferantenmanagement für Zerspanungsprozesse in der Medizintechnik

Einen goldenen Standard für ihr Lieferantenmanagement suchen Medizintechnikhersteller vergebens. Manch einer von ihnen mag daher neidisch auf die Automobilindustrie blicken, denn alleine dort gibt es hierfür bislang eine vielversprechende Strategie: Das präventive Lieferantenmanagement oder PPAP (Production Part Approval Process) ist sinnvoll für Produkte, die unter Routinebedingungen hergestellt werden – also auch chirurgische Instrumente und Implantate. Hierbei steht der Abgleich zwischen der Erwartungshaltung der Kunden und der Umsetzung durch die Lieferanten im Fokus.

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Innovationsforum Zerspanungstechnologie

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