Absolut verlässlich: mannlose Fertigung medizintechnischer Präzisionsteile

Eine ruhige Hand ist nicht alles: Da chirurgische Instrumente direkt im menschlichen Körper verwendet werden, sind die Anforderungen an ihre Oberflächenqualität, Gratfreiheit und Maßhaltigkeit besonders kritisch. Ein Selbstverständnis, das auch die Bacher Medizintechnik GmbH seit Jahrzehnten als Hersteller von Instrumenten für die Endoskopie und minimalinvasive Chirurgie antreibt. In der Komponentenfertigung ist gleichzeitig Wirtschaftlichkeit gefordert: Bei der zerspanenden Bearbeitung sogenannter Maulteile – funktionelle Instrumenten-Greifköpfe zum Fassen oder Trennen von Gewebe – setzt das Unternehmen aus Baden-Württemberg daher auf Fertigungsprozesse, die über viele Stunden automatisiert laufen.

Auch bei der mannlosen Fertigung erfolgt selbstverständlich während des gesamten Prozesses eine kontinuierliche In-Prozess-Kontrolle. Ein integriertes 3-D-Messtastsystem sowie eine ergänzende Laservermessung überwachen die relevanten Geometrien fortlaufend und stellen so sicher, dass auch in automatisierten Nachtschichten jederzeit die geforderte Qualität eingehalten wird.
Ein weiterer bedeutender Aspekt ist die Leistungsfähigkeit des bearbeitenden Werkzeugs. Denn: „In der Medizintechnik gibt es keinerlei Spielraum für eine schwankende Qualität“, erklärt Mate Bekavac, Leiter CNC-Fertigung bei Bacher Medizintechnik. „Gerade bei den Chargen, die mannlos, also ohne direkte Eingriffsmöglichkeit, über Nacht laufen, muss ich mich hundertprozentig darauf verlassen können, dass das Werkzeug bis zum letzten Maulteil ausfallsicher arbeitet und kein Ausschuss entsteht.“

Die Herausforderung: Schruppen mit Durchmessern bis drei Millimeter

Das Profil der Anforderungen an den Partner HPTec war damit klar umrissen – der Werkzeughersteller sollte ein Schruppwerkzeug mit langer Standzeit und gleichbleibend hoher Schärfe für eine konstant stabile und hochwertige Bearbeitung entwickeln. Eine besondere technische Herausforderung lag dabei darin, dass nur ein sehr kleiner Werkzeugdurchmesser von maximal 3 Millimetern erlaubt war. Das benötigte Hochleistungszerspanungswerkzeug muss dennoch hohe Kräfte aufnehmen und viel Material in kurzer Zeit abtragen.

Der erste Schritt zur Lösung lag in einer gezielten Optimierung der Werkzeuggeometrie durch HPTec: Den Entwicklern gelang in kurzer Zeit ein ausgewogenes Verhältnis aus Kerndurchmesser, Spanraum und Schneidgeometrie, das für Stabilität bei zugleich effizientem Spanabfluss sorgt. Ergänzt wird die Gestaltung durch eine spezielle Schrupp-Schlicht-Verzahnung. Sie erzeugt kurze Späne und erreicht, entsprechend beschichtet, bereits im Schruppprozess eine ausgesprochen gleichmäßige Oberfläche.

Optimale Werkzeugbeschichtung ergänzt optimale Werkzeuggeometrie

Ein zentraler Leistungsfaktor des neuen Fräsers RQR 350 ist die HiPIMS-Beschichtung von CemeCon. In der gemeinsamen Entwicklungsphase gestalteten der Beschichtungsspezialist und der Werkzeughersteller HPTec eine Beschichtung, die der Schneide eine herausragend hohe und langanhaltende Schärfe gibt. Die Basis dafür bildet der sehr harte und zugleich temperaturstabile Schichtwerkstoff InoxaCon® auf TiAlSiN-Basis. Dank CemeCons langjähriger Erfahrung mit HiPIMS konnte die Beschichtung so angepasst werden, dass sie auch die dauerhafte Stabilität des Werkzeugs unterstützt und dadurch die Standzeit deutlich erhöht.

„Wir erreichen mit dem innovativen Mikrofräser jetzt schon beim Schruppen eine großartige Oberflächenqualität mit einem geringen Aufmaß von maximal 0,05 Millimetern, die es uns erlaubt, den folgenden Finishingprozess mit einer sehr kleinen Eingriffsbreite durchzuführen“, so Bekavac. „Das reduziert die Schnittkräfte und damit die Belastung des Schlichtwerkzeugs deutlich, verringert die Gratbildung und wirkt sich positiv auf den gesamten Prozess aus.“

Julian Reck, Key Account Manager bei der HPTec GmbH, ergänzt: „Gerade bei Mikro- und Feinbearbeitung ist es entscheidend, dass die Beschichtung die Schneidkante nicht ‚abrundet‘. CemeCon hat für uns die HiPIMS-Beschichtung so spezifiziert, dass genau das erreicht wird: hohe Härte, exzellente Haftung sowie eine Schichtdicke und -homogenität, die das Hartmetallsubstrat und die Werkzeuggeometrie optimal ergänzt.“ Das Ergebnis ist eine Standzeit, die in der Praxis um ein Vielfaches über den zuvor eingesetzten Wettbewerbswerkzeugen liegt – und das bei konstanter Bearbeitungsqualität über die gesamte Laufzeit. Für Bacher Medizintechnik bringt neben dieser verlängerten Standzeit vor allem die einhundertprozentig zuverlässige Prozesssicherheit den entscheidenden Vorteil. Ein verschleißbedingter Qualitätsabfall während der mannlosen Fertigung würde unbemerkt Ausschuss produzieren – und damit hohe Kosten. „Das neue Werkzeug gibt uns die Sicherheit, dass die Maulteile auch nach vielen Stunden automatisierter Fertigung noch exakt die geforderte Qualität haben“, sagt Bekavac.

Link: Zum Schichtwerkstoff InoxcaCon® 

Technische Exzellenz und partnerschaftliche Entwicklung eröffnen neue Perspektiven

Das Projekt macht deutlich, wie eine eng verzahnte Zusammenarbeit zwischen Anwender, Werkzeughersteller und Beschichtungsspezialist zu messbarem Erfolg führt. Für HPTec ist das gemeinsam mit CemeCon entwickelte Werkzeug zugleich ein weiterer wichtiger Schritt in einen strategischen Wachstumsmarkt. Die langjährige Erfahrung in der Fertigung hochpräziser Werkzeuge für die Leiterplatten- sowie die Dentalindustrie – auch als OEM – ließ sich nahtlos auf den anspruchsvollen Bereich der Medizintechnik übertragen. Die gewonnenen Kompetenzen – von feinmechanischer Präzision über zuverlässige Prozessstabilität bis hin zu strengen Qualitätsanforderungen – bildeten eine ideale Grundlage, um auch in der Medizintechnik innovative, belastbare und exakt auf den Anwendungsfall abgestimmte Lösungen zu entwickeln.

„Solche Projekte sind für uns mehr als reine Produktentwicklungen“, betont HPTec-Vertriebs- und Marketingleiter Wolfgang Würtz. „Sie zeigen, wie wir gemeinsam mit starken Partnern neue Märkte erschließen und unsere technologische Kompetenz gezielt ausbauen können.“

Das Zusammenspiel aus optimierter Werkzeuggeometrie, leistungsfähiger HiPIMS-Beschichtung und enger Anwenderintegration macht das Vorzeigeprojekt zu einer guten Blaupause für weitere Anwendungen – auch über die Medizintechnik hinaus: überall dort, wo Präzision, Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit zusammenkommen müssen.

Seit 1977 stellt HPTec hochpräzise Werkzeuge von hoher Qualität und Zuverlässigkeit für die spanende Industrie her. Vom Produktionsstandort im Süden Deutschlands aus beliefert man mit einem Team von rund 80 engagierten Mitarbeitern Kunden weltweit mit innovativen, ganzheitlichen und anwendungsspezifischen Lösungen.

Neben einer vielfältigen Produktpalette und dem technischen Support bietet HPTec eine Reihe von Serviceleistungen an. Hierzu gehören das Nachschleifen und Beringen von Werkzeugen sowie individuelle Lösungen für das Toolmanagement der Kunden. Darüber hinaus bietet HPTec einen CNC-Prototyping-Service für Bemusterungen oder Kleinserien.