S-191

Maschinen-Werkzeug-Gespann für die Präzisionsbearbeitung von PEEK

Gratfrei bearbeiten
Cage aus Kunststoff – Prozesssicherheit bei der spanenden Bearbeitung ist gefordert.
Der Einsatz „Neuer Werkstoffe“ bringt viele Branchen voran, auch die Medizintechnik. Allerdings sind hier die Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften, aber auch an die Bearbeitung besonders hoch. Spezialwerkzeuge können dabei helfen Qualität und Kosten der Verarbeitung zu reduzieren.

Gemeinsam mit Maschinenherstellern wurden Werkzeugserien entwickelt, deren Schneidengeometrien an sehr unterschiedliche und spezifische Bearbeitungsparameter angepasst sind. Damit kann laut Anbieter Hufschmied zum Beispiel der Werkstoff Peek-Optima gratfrei und ohne Nachbearbeitung auf Hochpräzisionsmaschinen zu Wirbelsäulen-Implantaten spanend geformt werden.

Der thermoplastische Kunststoff Polyetheretherketon (Peek) ist schon seit über 20 Jahren mit günstigen Eigenschaften in vielerlei Hinsicht in einem breiten Anwendungsspektrum erprobt. Peek-Optima bieten die Hersteller als implantierbare Weiterentwicklung an, es eigne sich nachgewiesener Maßen perfekt für Langzeitimplantate.

Der Werkstoff wird weltweit exklusiv von Invibio in Lancashire produziert. Der Hersteller habe die Bioverträglichkeit und Biostabilität nachgewiesen und die Übereinstimmung mit den Anforderungen gemäß ISO 10993 und USP Class VI in den Master Files der US-Arznei- und Lebensmittelbehörde (FDA) ausführlich dokumentiert.

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Der Werkstoff bewährt sich mittlerweile als Alternative zu Titan- und Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen. Das Polymer hat zum Beispiel – im Gegensatz zu Titanlegierungen – ein E-Modul, das dem menschlichen Knochen ähnlich ist. Die Biokompatibilität sei nachgewiesen. Ein weiterer Vorteil sind die guten, postoperativen Kontrollmöglichkeiten. Die Prothesen werden verzerrungsfrei mit verschiedenen bildgebenden Verfahren wie die Computertomographie (CT) oder Magnetic Resonance Imaging (MRI) dargestellt.

Präzise Verarbeitung nachweisen

Voraussetzung für die Zulassung im Medizinbereich ist unter anderem der Nachweis adäquater Bearbeitungsmöglichkeiten. Das gilt auch im hier beschriebenen Einsatzbereich für einen Zwischenwirbelkörper als Bandscheibenersatz (Cage). In der Wirbelsäulenchirurgie versteht man darunter einen Platzhalter für den Zwischenwirbelraum. Er stellt die natürliche Höhe des Bandscheibensegments wieder her und erlaubt im Zusammenspiel mit Schraubensystemen die gewünschte Fusion der benachbarten Wirbelkörper.

Die spanende Bearbeitung des Werksstoffs zu einem solchen Cage ist anspruchsvoll. Hufschmied hat hier mit dem Maschinenhersteller Bumotec in der Schweiz ein Projekt gestartet. Das Bumotec-Produktionsprogramm umfasst unter anderem Bearbeitungszentren mit maximal sieben Achsen und Werkzeugwechsler, Transfermaschinen mit acht bis zwölf Stationen zu je drei oder vier CNC-Achsen sowie Spezialmaschinen, die gemäß Kundenwunsch gebaut werden. Die Spezialwerkzeuge zur Bearbeitung von Peek-Optima gehören mittlerweile zur Erstausrüstung der dazu konzipierten Fräs-Dreh-Maschine. Dies sei zum einen der optimierten Auslegung der Werkzeuge geschuldet, zum anderen den schwingungseliminierenden Linearantrieben und der hohen mechanischen Präzision des Maschinenkörpers des Bearbeitungscenters S-191. Die Werkzeuge erlauben die Komplettbearbeitung eines Cage mit geringer Zykluszeit mit einem Werkzeug im Schrupp-Schlichtverfahren. Die Maschine erziele die geforderte Oberflächengüte ohne manuelle Nacharbeit. Der Cage komme gratfrei aus der Maschine, die Oberflächen seien frei von Rattermarken und anderen nachbearbeitungspflichtigen Merkmalen.

Eingesetzt werden diverse Sonderformfräser, beispielsweise ein im Rahmen des Projekts entwickeltes Spezialwerkzeug, das Verzahnungen an der Ober- und Unterseite des Implantats in einem Zug und gratfrei herstelle. Zu den Spezialwerkzeugen mit angepassten Geometrien gehören Varianten, die die Werkstücke ohne Werkzeugrotation entgraten. Die aufwändige, händische Entgratung mit einem Skalpell entfällt. Das ist auch im Hinblick auf die Validierung eine wichtige Neuerung im Prozess.

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