18.08.2010

Rösler Oberflächentechnik GmbH Werk Memmelsdorf

Orthopaedic Implant Alliance – wenn zwei schleifen, freut sich der Dritte

Implantatbearbeitung
Ganzheitliche Implantatbearbeitung erhöht Qualität und senkt Kosten


Entscheidend für die Lebensqualität mit einem Knieimplantat ist einerseits dessen Formgebung, andererseits die finale Oberflächenbearbeitung. Durch die Bündelung ihres Know-how bieten die Haas Schleifmaschinen GmbH und die Rösler Oberflächentechnik GmbH Anwendern nun ein durchgängiges Konzept für die Bearbeitung vom Rohgussteil zum fertigen Hightech-Implantat. Ergebnis ist ein reproduzierbarer Fertigungsprozess, der ohne Schnittstellenproblematik mehr Qualität und Wirtschaftlichkeit bringt.

Die Medizintechnik gilt weltweit als Wachstumsbranche. Ein beachtlicher Anteil entfällt dabei auf die Endoprothetik und hier wiederum auf Knieimplantate. Das prognostizierte Wachstum in diesem Bereich liegt bei zehn bis zwölf Prozent per anno. Gründe dafür sind zum einen die steigende Lebenserwartung, zum anderen eine Zunahme von Erkrankungen des Bewegungsapparates und vermehrter Verschleiß beispielsweise durch Extremsportarten sowie steigendes Übergewicht. Entsprechend bauen die Hersteller der Ersatzgelenke aus Kobalt-Chrom-, Titan- und Speziallegierung sowie Keramik ihre Kapazitäten aus. Gefragt dabei sind Lösungen, die sowohl zu einer weiteren Verbesserung der Implantatqualität als auch zu einer Kostensenkung beitragen. Um beides unter einen Hut zu bringen, haben die Technologieführer im Bereich Schleifbearbeitung in der Medizintechnik, die Haas Schleifmaschinen GmbH und die Rösler Oberflächentechnik GmbH, eine technische Kooperation vereinbart: Die Maschinen- und Fertigungstechnik des Schleifexperten Haas setzt bei der Herstellung der formgebenden Geometrie weltweit Maßstäbe. Für die anschließende Oberflächenbearbeitung hat sich das von Rösler entwickelte Schlepp-Finish seit über zwei Jahrzehnten international als Verfahren der Wahl etabliert.

Optimal abgestimmte Prozesstechnologie
Bereits während der Projektierungsphase einer Bearbeitungslösung erfolgt ein Technologietransfer zwischen den Unternehmen. Dabei werden die optimale Prozesstechnologie sowie die verschiedenen Parameter der sich ergänzenden Schleifprozesse festgelegt, dazu zählt beispielsweise der im Geometrieschleifen wirtschaftlich zu erzielende Rauigkeitsgrad. Dies gewährleistet, dass die vorgegebene Implantatform und Oberflächengüte nicht nur reproduzierbar, sondern auch kostenoptimiert hergestellt wird. Ein weiteres Plus, insbesondere bei einer automatisierten Fertigung, ist die Berücksichtigung der verschiedenen Schnittstellen zwischen den Prozessschritten Geometrieschleifen, Werkstückübergabe und Schlepp-Finish. Kennzeichnend für die Kooperation sind auch gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten, um Prozesse weiter zu optimieren.

Geometrieschleifen in höchster Präzision
Für den formgebenden Schleifprozess kommt eine Schleifmaschine des Typs Multigrind CB von Haas zum Einsatz, die seit kurzem auch mit einem integrierten Bandschleifer zur Verfügung steht. Die Multigrind ermöglicht die gleichzeitige Bearbeitung von zwei Implantaten. Nach dem Aufspannen, Ausrichten und Entfernen von Angüssen werden zunächst die Funktionsflächen, Kondylen und Patella herausgearbeitet. Anschließend erfolgt das Fräsen der Außenkontur und - soweit vorhanden - von Kasten oder Box. Danach können bei der Variante mit integriertem Bandschleifer in identischer Aufspannung die Oberflächen verzogen werden. Das Schleifband greift dabei auf dieselben Geometriedaten zurück wie die Scheiben. Die Komplettbearbeitung in nur einer Aufspannung erhöht nicht nur die Qualität, sie führt auch zu einer Zeitersparnis. Nach dem Geometrieschleifen weisen die Implantate in den wesentlichen Bereichen einen Rauigkeitswert von Ra 0,40 bis 0,20 µm auf. Der Zeitbedarf dafür liegt je nach Implantattyp zwischen 12 und 30 Minuten (bei zwei Implantaten).

Bestmögliche Oberflächengüte durch Schlepp-Finish
Den letzten Schliff erhalten die Femurteile in den neu entwickelten, kompakten Schlepp-Finish-Systeme von Rösler, mit denen sich je nach Anlagenausführung bis zu 28 Werkstücke gleichzeitig berührungslos bearbeiten lassen. Die Implantatteile werden dabei auf Werkstückhalterungen gespannt, in ein ruhendes Schleifkörperbett eingetaucht und mit Hilfe eines leistungsfähigen Antriebspaket mit zwei getrennt regelbaren Motoren durch dieses hindurch „geschleppt“. Dabei gewährleisten optimal auf die Anwendung abgestimmte und von zahlreichen Implantatherstellern zertifizierte Verfahrensmittel - Schleifkörper und Compound werden von Rösler entwickelt und in Deutschland produziert - die absolut formtreue Bearbeitung mit gleichmäßigem Materialabtrag. Dieser erfolgt im Vergleich zu herkömmlichen Schleifverfahren ohne Absätze mit fließenden Übergängen. Außerdem wird auch die Außenkontur des Femurteils bearbeitet, was das spätere Einwachsen des Implantats begünstigt. Einen Beitrag zu dieser effektiven Bearbeitung leistet auch die wirkungsvolle Unterkornklassifizierung, die ein stets stabiles und homogenes Schleifkörpergemisch sicherstellt. Und der Nassprozess vereinfacht zusätzlich Reinigungsschritte wesentlich. Dem Feinschleifen, bei dem innerhalb von 90 bis 150 Minuten eine Oberflächengüte von Ra 0,03 µm erzielt wird, schließt sich das Hochglanzpolieren mit einem aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellten Trockenmedium an. Es sorgt innerhalb von 20 bis 40 Minuten für die bei Implantaten geforderte extrem glatte und glänzende Oberfläche mit einer Rauigkeit von Ra 0,02 µm.
Für Werkstücke, deren Oberflächen nach dem Geometrieschleifen eine Rauigkeit von beispielsweise Ra 0,8 bis 1,0 µm aufweisen, kann der Schlepp-Finish-Prozess dreistufig ausgelegt werden. Dabei erfolgt vor dem Feinschleifen ein Vorschleifschritt mit keramischen Schleifkörpern.
Die konstanten Prozessparameter des Schlepp-Finish-Verfahrens gewährleisten unabhängig von der Werkstückgeometrie sowie der Anzahl der zu bearbeitenden Teile eine gleichbleibend hohe, reproduzierbare Bearbeitungsqualität. Gleichzeitig zeichnet sich die Technologie durch ihre Umweltverträglichkeit aus: Prozesswässer können mit Hilfe von Rösler-Zentrifugen im Kreislauf geführt werden und anfallende Schleifkörperreste lassen sich problemlos über eine Deponie entsorgen.

Vorteile auch für andere Branchen
Durch die optimale Abstimmung der Prozesse Geometrieschleifen und Schlepp-Finishen beziehungsweise Gleitschleifen lassen sich nicht nur bei der Bearbeitung von Implantaten, sondern bei allen Teilen, die höchste Anforderungen an Genauigkeit und Oberflächengüte stellen, Qualitätssteigerungen bei gleichzeitiger Zeit- und Kostenersparnis realisieren. Dazu zählen beispielsweise Fertigungsprozesse von Turbinenschaufeln in der Luftfahrt, die Herstellung von Verzahnungsteilen, Werkzeughalterungen sowie Bohr- und Fräswerkzeugen.