Rohlinge für medizinische Anwendungen? - Hempel Special Metals Group
Rohlinge für medizinische Anwendungen?
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Die in der Herstellung von medizinischen Geräten und vor allem für Implantate verwendeten Materialien verursachen hohe Kosten. Entsprechend sieht sich die Logistik unter dem Druck der Finanzdirektoren gezwungen, einerseits einen geringstmöglichen Lagerbestand zu halten, andererseits aber einen Sicherheitsbestand zu führen, um auf die Marktbedürfnisse reagieren zu können. Diese Problematik stellt die medizinische Industrie vor grosse Probleme.


Glücklicherweise ist sie nicht die erste Branche, die sich mit diesem Dilemma konfrontiert sieht. Die Schweizer Uhrenindustrie bietet diesbezüglich wichtige Erfahrungswerte. Gold und Platin sind noch teurere Materialien als Titan oder CoCrMo-Legierungen und die Vorratshaltung hat entsprechend grössere Auswirkungen auf das Finanzergebnis.

Was für eine Abhilfe hat also dieser Mikrokosmos, der mit den gleichen finanziellen Geboten konfrontiert ist wie andere Industrien, gefunden? Nun, ganz einfach. Er fordert von seinen Lieferanten möglichst fertige Teile. Diese Rohlinge oder Zuschnitte haben sich für viele Teile aus gewalztem Blech durchgesetzt.

Vergleich der Rohling-Zuschnittmethoden für orthopädische Implantate
Die Uhrenindustrie, die der Formgebung durch Stanzen lange Zeit den Vorzug gab, wendet sich nun für alle weniger grossen Teile flexibleren und in Bezug auf die Einstellung und Wartung der Werkzeuge weniger zeitaufwändigen Techniken zu.

Mit den modernen Laser- und Wasserstrahlschneidern können die Daten einer CAD-Zeichnung rasch übernommen und in ein Zuschneideprogramm integriert werden.
Damit entfällt die Notwendigkeit, die Platten mit der Schere in für die Presse akzeptable Grössen zu schneiden. Die Standardgrössen werden direkt auf die Arbeitsfläche der Maschine gegeben, damit je nach Wunsch Teile mit ähnlicher oder unterschiedlicher Grösse gefertigt werden können.
Die Schnittqualität kann eingestellt werden und steht in der Regel in Verbindung zur Ausführungsgeschwindigkeit (bzw. zum Preis).

Grenzen des Laser-Schneidverfahrens
Bei diesem Verfahren wird das Material punktuell über die Schmelztemperatur hinaus erhitzt. Die erste Grenze dieser Methode betrifft daher die thermisch betroffene Zone. Diese weist im Vergleich zum Basismaterial unterschiedliche mechanische und metallurgische Eigenschaften auf und ist vom geschnittenen Material und von der Dicke abhängig, die in der Regel aber 0,1 mm nicht überschreitet.
Die induzierten Spannungen an der thermisch behandelten Zone können eine mehr oder weniger starke Verformung des geschnittenen Teils verursachen. Im schlimmsten Fall hat diese Verformung einen direkten Einfluss auf die Schnittqualität.


Eine zweite Grenze ergibt sich aus der Energieübertragung, die wesentlich von der Wärmeleitfähigkeit des Materials und vom Verdampfungspunkt abhängt. Eine schlechte Beherrschung des Prozesses oder der teilweisen Bedingungen kann zur Bildung einer stark oxidierten Zone mit extremer Rauigkeit führen.

Grenzen des Wasserstrahlschneidens
Dieses Verfahren lässt sich mit oder ohne Schleifmittel durchführen. Es ist jedoch nicht realistisch, Metalle ohne Verwendung von Schleifmitteln schneiden zu wollen.
Die erste Grenze dieser Methode ergibt sich aus der Tatsache, dass bestimmte Schleifteilchen auf dem Material Krusten bilden. Es gilt zu bedenken, dass nicht nur die Schnittfläche, sondern auch die Fläche neben dem Schnitt (senkrecht zum Schnitt) Verkrustungen aufweisen können. Einer Studie zufolge beeinflusst die Morphologie der Teilchen den Verkrustungsgrad nicht, da die meisten beim Aufschlag brechen. Diese Fragmente verkrusten.

Die zweite Grenze steht im Zusammenhang mit der Tatsache, dass der Schnittstrahl im Material umgeleitet wird und sich dadurch ein Schnittwinkel ergibt. Die mittels Wasserstrahl geschnittenen Teile weisen daher einen mehr oder weniger ausgeprägten Kegel auf. Dieses Phänomen hängt von der Schnittgeschwindigkeit, von der Härte des zu schneidenden Materials und von dessen Art ab. Die Grösse der Schleifteilchen und die Technologie der Maschine scheinen dabei eine sekundäre Rolle zu spielen.
Beim Schneiden von Titan Grad 5, Dicke 12 mm, werden je nach Schnittgeschwindigkeit oft Winkel von 1 bis 5 Grad gemessen.

Vergleich Laserschnitt – abrasiver Wasserstrahl
Die Schnittgeschwindigkeit des Lasers ist viel grösser als jene des Wasserstrahls. Dessen Verwendung wird jedoch aufgrund der Materialeigenschaften bei grösserer Dicke (typischerweise > 10 mm), wo es stärkere und teurere Anlagen braucht, eingeschränkt.

Der Laser produziert eine Wärmeeinflusszone, während der Wasserstrahl mit Schleifmittel die Teilchen sowohl an der Schneidkante wie auch an der Fläche gegenüber dem Strahl verkrustet.
Die Wärmeeinflusszone bringt mechanische Spannungen mit sich, die vor allem bei filigranen Teilen grosse Verformungen verursachen können.
Je nach Schnittgeschwindigkeit kann die Rauigkeit der Schneidkante durch den Wasserstrahl drastisch gesenkt werden.

Schlussfolgerung
Dank der Verwendung von Rohlingen kann der Lagerbestand drastisch gesenkt werden. Der finanzielle Gewinn bei teuren Materialien, z. B. für medizinische Anwendungen, ist mit ein Grund, weshalb immer mehr auf Rohlinge zurückgegriffen wird.


Das optimale Schnittverfahren für Rohlinge ist je nach Material, Dicke und Toleranzen in Kenntnis der Sachlage zu wählen. Man muss jedoch wissen, dass sowohl das Laserschneiden als auch das Wasserstrahlschneiden die Zonen (thermisch und durch Verkrustung der Teilchen des Schleifmittels) beeinflussen, was für die späteren Verfahren eine angemessene Bearbeitung bedingt. Sie haben jedoch den Vorteil, dass sie keine Werkzeuge brauchen und daher rasch und flexibel umgesetzt werden können.
Ein modernes Servicezentrum muss unter dem gleichen Dach sowohl einen hochwertigen Lagerbestand führen als auch mit verschiedenen Schnittverfahren arbeiten. Der Kunde ist dadurch in seiner Wahl bezüglich der ihm zusagenden Schnittmethode frei.


Die Firma Hempel Special Metals, eines der grössten Servicezentren für die medizinische Industrie in Europa, ist ISO 13485 zertifiziert und berät Sie gerne hinsichtlich des besten Verfahrens zur Herstellung von Rohlingen, die Ihren strengen Anforderungen genügen .