8. medizintechnisches kolloquium · traumatologie, kardiochirurgie und dermatologie..2 | mav ......

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8. Medizintechnisches Kolloquium

MAV_maschinen anlagen verfahren/12/2017/Reader_01 - Seite 1 MUEV - 14.11.2017 09:43

IM ZEITALTER VON DIGITALISIERUNG UND AUTOMATISIERUNG

Produktion chirurgischer MotorensystemeIm Zeitalter von Digitalisierung und Automatisierung ist die Herstellung kleiner Fertigungslose eine besondere Herausfor-derung. Traditionell sind die Produktlebenszyklen in der Medi-zintechnik sehr lang. Zum bestehenden Produktportfolio kom-men neue innovative Produkte hinzu.

Die steigende Anzahl von Produk-ten, in Kombination mit einer gro-ßen Fertigungstiefe, führt zu einer hohen Diversifikation in der Pro-duktion. Hierbei sinken die Ferti-gungslosgrößen älterer Produkte im Laufe der Jahre auf ein Mini-mum ab. Demgegenüber steigen die Fertigungslosgrößen neuerer Produkte an. Am Beispiel der Produktion von Motorensystemen wird aufgezeigt, wie die Aesculap AG, eine Sparte des Gesundheitsversorgers B. Braun Melsungen AG, die Mög-lichkeiten der Digitalisierung nutzt, sich im Bedarfsfall aber auch ganz herkömmlicher Hilfs-mittel wie Papier und Bleistift be-dient, um größtmögliche Transpa-renz in den Fertigungsprozessen zu erzeugen.Auch im Zeitalter von Digitalisie-rung und Automatisierung gibt es die Einführung von 4.0 nicht. Nach Festlegung der Unterneh-mensziele und Ableitung der Maß-nahmen sollte der Digitalisierungs-grad individuell festgelegt und auf das jeweilige Unternehmen adap-tiert werden.Nach wie vor steht bei Aesculap der Mensch im Mittelpunkt. Digi-talisierung und Vernetzung müssen den Menschen unterstützen und sollten nicht zum Selbstzweck werden. ■

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Aesculap AGwww.aesculap.de

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ELAN 4: Elektrische und

pneumatische Mikromotoren

für die Neuro- und Wirbel-

säulenchirurgie.

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Acculan 3Ti: Akku -

betriebenes Motoren-

system für Orthopädie,

Traumatologie,

Kardiochirurgie und

Dermatologie.

.2 | mav Medizintechnisches Kolloquium November | 2017

Medizintechnisches Kolloquium


mav Medizintechnisches Kolloquium | 3.November | 2017


HOCHSCHULE FURTWANGEN: SIMULATIONSTECHNIK IM STUDIUM AM CAMPUS TUTTLINGEN

Forschen und Studieren im industriellen UmfeldWie sehr die technische Entwicklung unser tägliches Leben verän-dert hat, ist unübersehbar: Denken wir einmal an Dinge wie Smartphone, Navigationssystem, eBusiness, soziale Netzwerke, Smart Home, Chatbots und vieles mehr. Alle diese Entwicklungen hängen mehr oder weniger direkt mit den Möglichkeiten der moder-nen Digitaltechnik zusammen. Autor: Prof. Dr. Erwin Bürk

Auch in der Arbeit des Ingenieurs als Entwickler gab und gibt es sig-nifikante Veränderungen. Sie ste-hen in einem direkten Zusammen-hang mit der zunehmenden Digita-lisierung. So ist z. B. das klassische Zeichenbrett durch moderne CAD-Systeme ersetzt worden. Der nächste Schritt in dieser Entwick-lung ist die Computersimulation physikalischer Eigenschaften tech-nischer Komponenten und Syste-me. Diese hat sich in den letzten Jahren zu einem unverzichtbaren Baustein entwickelt, um sich als Unternehmen im internationalen Wettbewerb und den schnell wan-delnden Märkten behaupten zu können.Ingenieure und Physiker großer Konzerne aus der mittelständi-schen Industrie und hochspeziali-sierten Kleinunternehmen setzen dabei in der Regel auf kommer-zielle Simulationslösungen, um Produkte und Produktionsprozes-se zu analysieren und zu optimie-ren. Der Einsatz komplexer Simu-lationswerkzeuge im industriellen Umfeld stellt hohe Anforderungen an die beteiligten Entwicklungs- und Berechnungsingenieure. Ent-sprechende Kenntnisse und Fähig-keiten sollten daher schon wäh-rend eines technischen Studiums vermittelt werden.Dieser Tatsache wird am Campus Tuttlingen besonders Rechnung getragen: Die Simulationstechnik nimmt in den Lehrplänen der Fa-kultät Industrial Technologies ei-

nen festen Platz ein. Vermittelt werden dabei neben den naturwis-senschaftlichen und mathemati-schen Grundlagen auch die An-wendungsmethodik und Handha-bung moderner Softwarepakete. Schwerpunkte bilden hier die Si-mulation von Feldphänomen (d. h. Finite-Elemente- und Finite-Volu-men-Methoden) mit der ANSYS Workbench in Kombination mit entsprechenden Optimierungspro-grammen sowie die Simulation und Regelung dynamischer Syste-me mit dem Programm Matlab/Si-mulink.Der Campus Tuttlingen im Herzen der Stadt ist der jüngste Standort der Hochschule Furtwangen. Der Campus gilt als Ingenieurschmiede und deutschlandweit einmaliges Modell zugleich. Denn das Kon-zept folgt dem Prinzip der Public Private Partnership. Gemeinsam mit über 100 Unternehmen der Region bildet der Standort Fach-kräfte in Medizintechnik, Mecha-tronik, Produktionstechnik und Werkstofftechnik sowie „Medical Devices and Healthcare Manage-ment“ aus.Jüngster Spross im Studienangebot ist der im aktuellen Wintersemes-ter gestartete Bachelor-Studien-gang Ingenieurpsychologie, der sich mit Fragen der menschzen-trierten Produkt- und Systemge-staltung beschäftigt.Ein Meilenstein in Sachen For-schung stellt das Innovations- und Forschungs-Centrum (IFC) der

Hochschule Furtwangen (HFU) dar, welches im Sommer 2018 sei-nen Betrieb aufnehmen wird. Ge-meinsam mit den Bauträgern Stadt und Landkreis Tuttlingen stärkt und erweitert die HFU mit dem IFC den Hochschulstandort Tutt-lingen und unterstützt Unterneh-men in ihren Forschungstätigkei-ten, u. a. im Bereich der Computer-simulation.Das Ziel des IFCs ist die Stärkung der Region und der regionalen KMU in den Bereichen Forschung, Entwicklung, Innovation und Existenzgründung. Die Geschäfts-felder sind Forschungs- und Ent-wicklungsprojekte, Gründungsak-tivitäten, „Industry on Campus“ sowie Netzwerk- und Weiterbil-dung. Damit fördert es den Tech-nologie- und Wissenstransfer zwi-schen Hochschule und Unterneh-men. ■

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Hochschulcampus Tuttlingen der Hochschule Furtwangenwww.hfu-campus-tuttlingen.de

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BAKTERIEN, SCHIMMELPILZEN, HEFEN UND ENDOTOXINEN WIRKUNGSVOLL BEGEGNEN

Zerspanen von Implantaten im Wandel der ZeitBereits vor ca. 2500 Jahren haben Etrusker versucht, verloren ge-gangene Zähne durch „Implantate“ zu ersetzen. Die Geschichte von Motorex reicht zwar nicht ganz so weit zurück, aber immerhin 100 Jahre.

Beim Einsatz von Schmierstoffensteigt von Jahr zu Jahr die Unsi-cherheit, ob der aktuelle Bearbei-tungsprozess noch den zukünfti-gen Bestimmungen entspricht.Wassermischbare Kühlschmier-stoffe unterliegen permanent gro-ßen Herausforderungen bezüglich Bakterien, Pilzen und ihrer Zyto-toxizität. Die neue Additiv-Gene-ration ermöglicht uns einen neuen Ansatz, mit diesen Herausforde-rungen umzugehen. Innovative Konzepte im Umgang mit Bakterien, Schimmelpilzen und Hefen sind in der Zerspanung un-erlässlich, aber der Fokus liegt nach wie vor beim Zeitspanvolu-men. Nachgelagerte Prozesse wie Reinigung, Desinfektion, Lage-rung etc. gehören zur Prozesskette.Aber oftmals müssen zur Inakti-vierung von Mikroorganismen größte Anstrengungen unternom-men werden. Diese wirken sich di-rekt auf die Bauteilkosten sowie die Prozesssicherheit aus.Durch die massive Einschränkung der Biozid-Alternativen für Kühl-schmierstoffe, wird die Thematik der Keimkontrolle im Umfeld der Medizinaltechnik zunehmend

schwieriger. Beim Einsatz von Bio-ziden im Kühlschmierstoff werden vielfach Endotoxine gebildet, wel-che Entzündungsreaktionen und Fieber auslösen können. Zum an-deren werden sich in Zukunft bei der Herstellung von Medizinalpro-dukten auch die vorgeschriebenen Validierungsverfahren auf Biozid-spuren und Endotoxine konzen-trieren. Endotoxine sind Bestandteil der äußeren Zellmembran von gram-negativen Bakterien oder Cyano-bakterien. Chemisch sind es Lipo-polysaccharide (LPS), die aus ei-nem hydrophilen Polysaccharid-und einem lipophilen Lipidanteil aufgebaut sind.

Im Gegensatz zu den Bakterien, Im Gegensatz zu den Bakterien,aus denen sie stammen, sind Endo-toxine sehr hitzestabil und über-stehen sogar die Sterilisation (z. B. Wasserdampf 121 °C / 30 min).Hitzebeständige Implantate kann man mit 5 h bei 200 °C von den Endotoxinen befreien. Endotoxine können auch durch basische Hy-drolyse mit 1 molarer Natronlauge während 15 Stunden abgebaut werden.Erneut hat Motorex eine Antwort mit einem zum Patent angemelde-ten System gefunden, welches auf die Bedürfnisse der Medizinbran-che direkt eingeht. Die angewen-dete Technologie vermindert die Nahrungsaufnahme der Bakterien und ergibt dadurch ein minimalesWachstum der Keime. Wenn dieKeime sich nicht unkontrolliert vermehren, entstehen demzufolge auch geringere Mengen an Endo-toxinen. Bei der Arbeit mit Schneidölen, wie bei dem von Motorex seit über 20 Jahren im Markt eingeführten ORTHO NF-X, wurden mittler-weile über 100 000 verschiedene Implantate hergestellt. Dies be -deutet, es sind schon einige Millio-nen Implantate weltweit problem-los durch die Prozesskette ge -laufen. ■

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Motorex Deutschland AGwww.motorex.de

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Bakterienquer-schnitt

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STATUS QUO UND AUSBLICK DER AUFSTREBENDEN TECHNOLOGIE

Industrialisierung von Additive ManufacturingIndividualisierte Massenfertigung, funktionales Design, höhere Energie- und Ressourceneffizienz sowie kürzere Innovationszyklen – in der Industrie kommen die Vorteile der additiven Fertigung immer mehr zum Tragen.

Ob Pulver-Bett-Schmelzen, Pulver-auftragsschweißen, Materialextru-sion oder Jetting – allen Verfahren ist gemeinsam, dass Werkstücke auf Basis von digitalen 3D-Kon-struktionsdaten schichtweise auf-gebaut werden. So ist es möglich, höchst komplexe Strukturen her-zustellen, die gleichzeitig extrem leicht und stabil sein können – und am Ende sogar individualisiert in Losgröße 1 wirtschaftlich gefertigt werden. Die fortschreitende Digi-talisierung bietet beste Möglich-keiten, um die Prozesse bei Additi-ve Manufacturing zu optimieren.Siemens ist das erste Unterneh-men, das durchgängige Software- und Automatisierungslösungen für Additive Manufacturing unabhän-gig von Druck-Verfahren und Her-steller anbietet. Hier kommen die Vorteile der Digitalisierung voll zum Tragen. Mit der PLM-Soft-ware von Siemens steht Designern, Konstrukteuren und Maschinen-betreibern eine durchgängige Pro-zesskette von der Entwicklung und Konstruktion bis hin zur Daten-vorbereitung von Bauteilen für den 3D-Druck zur Verfügung. Mit sei-nen am Markt etablierten Auto-matisierungssystemen bietet Sie-mens Lösungen für die Ausrüstung von industriellen 3D-Druckern.Das heißt: Die gesamte digitale Prozesskette wird in einer einzi-gen, integrierten, assoziativen Soft-wareumgebung abgebildet und ist damit über eine einheitliche Be-nutzeroberfläche bedienbar. Die Tools für Entwicklung, Simula -tion, Produktionsvorbereitung und 3D-Druck sind in einem durchgän-

gigen System zusammengefasst. Somit ist keine fehleranfällige Da-tenkonvertierung mit möglichem Verlust an Informationsgehalt nö-tig.Bei der Industrialisierung von Ad-ditive Manufacturing spielt die in-telligente Automatisierung der Produktionssysteme eine entschei-dende Rolle. Totally Integrated Automation, die industrielle Auto-matisierung von Siemens, steht für das effiziente Zusammenwirken aller Automatisierungskomponen-ten. Die offene Systemarchitektur deckt den gesamten Produktions-prozess ab und setzt dabei durch-gängig auf gemeinsame Eigen-schaften: konsistente Datenhal-tung, weltweite Standards und ein-heitliche Schnittstellen bei Hard-ware und Software. Diese gemein-samen Eigenschaften minimieren den Engineering-Aufwand. Das spart Kosten, verkürzt die Time-to-Market und erhöht die Flexibi-lität.Anschaulich lassen sich die Mög-lichkeiten an einer „individuali-sierten Operationshilfe für eine Kniegelenkersatz-Operation“ zei-gen. Die Basis bildet ein 3D-Mo-dell eines Knies generiert aus ei-nem CT-Scan. Danach kann die OP-Hilfe in den Software Modu-len designed und auf ihre Festig-keit hin validiert werden. In einem weiteren Schritt wird ein Druck vorbereitet, bei dem Stützstruktu-ren ergänzt werden und ein Ma-schinen-Code generiert wird. In ei-nem Pulver-Bett-Laser-Verfahren wird die OP-Hilfe letztlich ausge-druckt. ■

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Siemens AG; Digital Factorywww.siemens.com/ingenuityforlife

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Individualisierte OP

Hilfe basierend auf

3D Daten

aus einem

CT Scan.

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Design und Validie-

rung einer OP Hilfe

in Siemens PLM

Software.

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Druckvorbereitung

und Generierung von

Maschinen Code.



BEARBEITUNG SCHWER ZERSPANBARER WERKSTOFFE FÜR DIE MEDIZINTECHNIK

Lösungen für die am schwierigs-ten zerspanbaren WerkstoffeHochleistungswerkstoffe wie Superlegierungen, hochlegierte Stäh-le, technische Keramiken und keramische Verbundwerkstoffe sind dafür bekannt, aufgrund ihrer überlegenen Werkstoffeigenschaften und ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit, die am schwierigsten zer-spanbaren Werkstoffe zu sein. Ihre Bearbeitbarkeit ist unter Ver-wendung der konventionell verfügbaren Bearbeitungstechniken sehr begrenzt. Autor: Prof. Dr.-Ing. Bahman Azarhoushang, Leiter KSF

Die für die Medizinindustrie ent-wickelten Produkte (siehe Bild)unterscheiden sich von denen inder Automobilindustrie haupt-sächlich dadurch, dass sie aus zu-gelassenen Materialien mit sehrspezifischen Eigenschaften wieBiokompatibilität und ausgezeich-neter Korrosionsbeständigkeit her-gestellt werden müssen.Die Metalle, die hauptsächlich inder medizinischen Industrie ver-wendet werden, sind Titanlegie-

Material und verfügt über einesehr niedrige Wärmeleitfähigkeit, die eine hohe Schneidwärmetem-peratur verursacht. Im Vergleichdazu weisen Kobalt-Chrom-Legie-rungen aufgrund ihrer hohen Zug-festigkeit und ihrer Neigung, auf Werkzeugen zu haften bzw. mitdiesen zu kaltverschweißen, eineviel geringere Zerspanbarkeit auf, wodurch die Standzeit des Werk-zeugs gegenüber Titanlegierungenum bis zu einem Drittel reduziertwird.Für medizinische Geräte werdenmit zunehmender Häufigkeit ne-ben den Metallen auch kohlefaser-verstärkte Kunststoffe (CFK) undKeramiken eingesetzt. Diese stetigeEntwicklung neuer Materialien inder medizinischen Industrie führtzu erhöhten Anforderungen beider spanenden Bearbeitung.Themen wie neuartige Schneid-werkzeuge (Schneidstoffe, Be-schichtungen, Makro- und Mikro-Werkzeuggeometrien), optimierteZerspanung, Kühlschmierverfah-ren und modernste Bearbeitungs-technologien (verbesserte Werk-zeugmaschinenkonstruktion, Ul-traschall- und Laserunterstüt-zung), die zur Optimierung derProduktivität (hohe Abtragsraten)eingesetzt werden können undWerkstückqualität (hohe Bearbei-tungspräzision und minimierteOberflächenrauheit), Werkzeug-kosten (reduzierter Werkzeugver-schleiß), Prozessstabilität und Zu-verlässigkeit bei der Bearbeitungvon schwer zu zerspanenden Ma-terialien, sind zu diskutieren. ■

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Kompetenzzentrum für Spanende Fertigung KSF Hochschule Furtwangen Universitywww.ksf.hs-furtwangen.de

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rungen, rostfreie Stahllegierungenund Kobaltchromlegierungen. DieNachfrage nach noch langlebige-ren medizintechnischen Teilen hatzu einer Verlagerung von Titanle-gierungen zu Kobalt-Chrom-Le-gierungen geführt; ein Material, das im Vergleich zu Titan über einehöhere Abriebfestigkeit verfügtund eine hohe mechanische Festig-keit aufweist, aber gleichzeitig ex-trem schwer zu zerspanen ist. Ti-tan ist ein schwer zu bearbeitendes

November | 2017.6 mav Medizintechnisches Kolloquium




ULTRAKURZPULSLASER: FEINBEARBEITUNG AUF VÖLLIG NEUEM QUALITÄTSNIVEAU

Mikrobearbeitung in der Medizin-technik mit UltrakurzpulslasernDie Lasertechnik bietet ein breites Spektrum an Lösungen für ver-schiedene Anwendungsfälle in der Medizintechnik vom präzisen La-serschneiden über das Laserschweißen mit geringem Wärmeein-fluss bis zum 3D-Druck patientenindividueller Implantate und der dauerhaften Markierung auf unterschiedlichen Werkstoffen. Auf-grund der hohen Präzision und Flexibilität nehmen insbesondere Anwendungen mit Ultrakurzpulslasern weiter zu.

Die Medizintechnik unterscheidet sich von anderen Industrieberei-chen durch besondere technische und gesetzliche Anforderungen. In den meisten Fällen gehören hierzu eine hohe Präzision für die Bear-beitung kleiner mechanischer Strukturen oder wärmeempfindli-cher Bauteile, große Flexibilität für die effiziente Fertigung von Pro-dukten auch in geringen und mitt-leren Stückzahlen und vor allem eine garantierte Qualität mit ent-sprechend beherrschten und über-wachten Fertigungsprozessen.Durch seine herausragende Präzi-sion und Steuerbarkeit ist das Werkzeug Laser in der medizin-technischen Produktion mittler-weile weit verbreitet und dafür prädestiniert, diese Anforderungen zu erfüllen. Das größte Wachstum erfahren dabei derzeit die soge-nannten Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser), welche Lichtpulse im Be-reich von Pico- und Femtosekun-den erzeugen. Diese kurzen Pulsdauern bewegen sich im Bereich grundlegender physikalischer Prozesse und sind neben der Messtechnik vermehrt in der Materialbearbeitung zu fin-den. Durch die ultrakurzen Pulse verbunden mit der hervorragenden Fokussierbarkeit, ermöglichen sie eine enorme Konzentration der eingebrachten Energie in der Bear-beitungszone. Die dadurch entste-henden extremen Intensitäten füh-ren zu einzigartigen Prozessen, die

eine präzise Bearbeitung bei Ver-meidung oder zumindest starker Verminderung einer unerwünsch-ten Wärmeeinflusszone ermögli-chen.Feinbearbeitungen wie das Mikro-schneiden und -bohren erreichen hierdurch ein neues Qualitätsni-veau. Bei richtiger Parameterwahl können zudem nahezu alle Mate-rialien bearbeitet werden – von Edelstahl über Gläser und Kerami-ken bis hin zu den verschiedenen Kunststoffen.Darüber hinaus finden UKP-Laser auch beim Glasschweißen und für Markierungen Anwendung. Gera-de letztere Applikation bietet mit dem sogenannten Black Marking großes Potenzial in der Medizin-technik. Durch die kalte Bearbei-tung der ultrakurzen Pulse lassen

sich dauerhafte Markierungen mit höchstem Kontrast erzeugen, ohne dass die Korrosionsbeständigkeit z. B. von Edelstahloberflächen da-runter leiden würde. ■

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Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbHwww.trumpf.com

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Lasergeschnittener Stent.

Korrosionsfreies

Schwarzmarkieren

auf Edelstahl.


November | 2017


WERKZEUGSPANNTECHNIK ERMÖGLICHT MEDIZINTECHNIK-PRODUKTE IN HÖCHSTER QUALITÄT

Präzision von der Werkzeug-schneide bis zur SpindelUm die höchste Qualität von medizintechnischen Instrumenten, Prothesen oder Inlays zu gewährleisten, ist eine Präzisionszerspa-nung erforderlich, die keine Schwachstellen aufweist. Neben Werk-zeugmaschine, Spindel und Werkzeug kommt der Werkzeugspann-technik eine besondere Bedeutung zu. Haimer, europäischer Markt- und Innovationsführer in diesem Sektor, hat Lösungen entwickelt, die höchsten Anforderungen gerecht werden.

Für höchste Präzisionsansprüche bietet Haimer mit den High Precisi-on Collet Chucks mehr als nur eine Alternative. Hochgenaue Spann-muttern mit glatter Oberfläche sor-gen für weniger Luftwiderstand bei hohen Drehzahlen. Sie sind kompa-tibel mit Power Collet Chucks ER 16, 25, 32, und bei Austausch der Standardmutter ergibt sich keine Störkonturveränderung. Ein spe-zieller Rollenspannschlüssel ermög-licht ein einfaches und präzises Spannen bei besten Rundlaufeigen-schaften < 3 μm bei 3xD.Im Bereich Duo-Lock, der modula-ren Werkzeugschnittstelle für höchste Anspruche, hat Haimer

sein Programm ausge-dehnt: Spannzangen mit Duo-Lock-Gewin-de ermöglichen es, die Vorteile der Fräswerk-zeuge auch beim Dre-hen zu nutzen. Dabei liefern die modularen

Werkzeuge durch ihr einzigartiges Ge-windedesign mit

Doppelko-

nus maximale Stabilität und Belast-barkeit. Das Resultat sind Bauteile in sehr hoher Präzision und Pro-duktivität. Die Duo-Lock-Spann-zangen gewährleisten durch beste Längenwiederholgenauigkeit ein einfaches Rüsten und Werkzeug-wechsel in der Maschine. Somit spart sich der Anwender viel Zeit und kann die Maschine schneller wieder zum Laufen bringen. Auf-grund ihrer Monobauweise bieten die Spannzangen mehr Stabilität und besten Rundlauf. Mit dem Cool-Jet-System (Kühlkanäle) bie-ten sie zudem beste Kühlmöglich-keiten. Duo-Lock-Spannzangen sind sowohl für herkömmliche ER-Spannfutter zum Fräsen wie auch für angetriebene Werkzeuge und Rundtakter bestens geeignet. Auch im Bereich der Schrumpftech-nik hat Haimer seine Lösungen weiterentwickelt: Die Bandbreite der induktiven Schrumpfmaschinen reicht vom Einsteigermodell Power Clamp Basic bis hin zum High-End-Gerät Power Clamp Premium Plus. Mit der neuen Baureihe Power Clamp i4.0 hat Haimer den Trend zur Digitalisierung aufge-nommen. Die drei Power-Clamp-Gerätetypen Premium i4.0, Sprint i4.0 und Comfort i4.0, die allesamt Industrie 4.0-ready und netzwerk-fähig sind, komplettieren nun das Angebot.Die Geräte verfügen über eine in-tuitive Software sowie ein werk-statttaugliches 7“-Touch-Display, das sich sogar mit dünnen Arbeits-

handschuhen bedienen lässt. Auf Wunsch werden die Power-Clamp -i4.0-Geräte mit einem Scanner aus-gerüstet, der Schrumpfparameter von Data-Matrix-Codes auf den Futtern ausliest. So ist einfachstes automatisiertes Schrumpfen in Re-kordzeit gewährleistet.

Präzise gespannt für höchste Qualität

Passend zur Power Clamp Sprint i4.0 hat Haimer auch ein Pro-gramm an ER-Schrumpfspannzan-gen für den Einsatz auf Drehma-schinen in angetriebenen Werkzeu-gen vorgestellt. Sie sind verfügbar in ER 11 bis 32 und sind kompati-bel mit allen gängigen ER-Spann-muttern. Die optionalen Cool-Jet-Schlitze sorgen dabei für noch mehr Prozesssicherheit und beste Küh-lung gerade bei den hochqualitati-ven Produkten der Medizintechnik.Haimer hat sich zum Systemanbie-ter für das komplette Werkzeug-management rund um die Werk-zeugmaschine positioniert. Das durchgängige Programm reicht jetzt von eigenen Hartmetallwerk-zeugen über verschiedenste hoch-genaue Werkzeugaufnahmen, Schrumpf- und Auswuchttechnik, bis hin zu Werkzeugvoreinstellge-räten. Alle Produkte sind kon-struktiv aufeinander abgestimmt und bieten die Voraussetzung für Netzwerkintegration sowie durch-gängigen Datenfluss. Damit ist es den Anwendern gerade auch aus der Medizintechnik möglich, Pro-dukte in höchster Qualität effektiv zu fertigen – ganz nach Haimers Firmenphilosophie: „Qualität ge-winnt“. ■

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Haimer GmbHwww.haimer.com

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Power Clamp

Comfort i4.0

mit neuem

Touch Screen

Display und

Industrie

4.0-ready.




MÖGLICHKEITEN, DIE PRODUKTIVITÄT BEI DER BEARBEITUNG VON TITAN ZU STEIGERN

Titan – neue Ansätze der ZerspanungDas ursprünglich fast ausschließlich in der Hochtechnologie einge-setzte Titan besetzt heute einen immer breiteren Anwendungshori-zont in Luft- und Raumfahrt, in der Kraftwerkstechnik, bei Wasser-entsalzungsanlagen, in der Umwelttechnologie, im Rennsport, bei Extremsportarten und natürlich auch als biokompatibler Werkstoff in der Medizin und Implantologie. Aber Titan hat Tücken bei der Be-arbeitung.

Verglichen mit Stahl ist bei der Verarbeitung von Titan manches anders. Bei der spanenden Ferti-gung, zum Beispiel beim Drehen oder Fräsen von Titan, kann die Neigung zur Kaltverfestigung hin-derlich wirken. Wenn die Reibung an der Schneide zu groß wird, kann die einsetzende Kaltverfesti-gung dazu führen, dass das Werk-zeug schnell verschleißt.Beim Drehen und Fräsen von Titan sind scharfe Werkzeuge, die richti-gen Schnittparameter und die idea-le Spanbildung wichtige Parame-ter. Auch die Härte der Schneid-

stoffe sowie die Hitzebeständigkeit der Beschichtungen sollten den Ei-genschaften des Werkstoffs ange-messen sein. Erschwerend wirkt sich auf die Bearbeitung von Titan auch die Kombination seiner Ei-genschaften wie Elastizität (Dukti-lität) und Zugfestigkeit aus.

„SchwerSpan“

Um die Leistungsfähigkeit von Zerspanungssystemen zu erhöhen, beteiligte sich Horn an dem Ver-bundprojekt „SchwerSpan“ mit dem Ziel, die schneidstoffabhängi-ge Standzeit und das Zeitspanvo-lumen zu verdoppeln. Das Projekt-ziel „Verdoppelung des Zeitspan-volumens in Titan und Superlegie-rungen“ wurde erreicht. Höhere Technologieparameter mit der in-duktiven Erwärmung des Werk-stoffs und einer kryogenen Küh-lung des Werkzeugs leisteten einen wichtigen Beitrag dazu. Der geziel-te Wärmeeintrag führte zu einer Materialentfestigung und sorgte aufgrund der verringerten mecha-nischen Belastung auf das Fräs-werkzeug für eine Produktivitäts-steigerung. Eine Produktivitätssteigerung für das Wirbeln von Knochenschrau-ben aus Titan erreichte Horn mit der Entwicklung des Turbowir-belns. Bei den neunschneidigen Werkzeugen wird über eine Schnittaufteilung die Zerspa-nungsarbeit so aufgeteilt, dass jede Schneide gleichmäßig belastet

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbHwww.phorn.de

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Die Bearbeitung

von Titan und

anderen Superle-

gierungen stellt

die Werkzeuge

und Anwender

vor große He-

rausforderungen.

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Die Schnittaufteilung beim Turbowir-

beln ermöglicht Produktivitätssteige-

rungen im Herstellungsprozess von

Knochenschrauben.

wird und dadurch die einzelnen Schneiden höhere Standzeiten er-zielen.

Neue Ansätze beim Wirbeln

Beim bisherigen Gewindewirbeln schneidet der umlaufende Wirbel-kopf mit seinen innen liegenden Schneiden das Gewinde. Dabei muss er das gesamte Material zwi-schen dem Durchmesser des Roh-materials und dem Kerndurchmes-ser des Gewindes entfernen. Die-sen Nachteil vermeidet das in ei-nem Verbundprojekt entwickelte synchrone Drehwirbeln. Bei die-sem Verfahren schneidet das Wir-belwerkzeug nur noch die Gewin-degänge, das weitere Material ent-fernt ein vor dem Wirbelwerkzeug angeordneter Drehmeißel – präzi-se, effizient und robust. ■




AMF-NULLPUNKTSPANNTECHNIK BEIM 3D-DRUCK – RÜSTZEITEN UM 90 PROZENT GESENKT

Eine Schnittstelle für alle ProzesseDie Fertigung in der Medizintechnik ist mit ihren häufig geringen Stückzahlen ein prädestiniertes Feld für die Additive Fertigung. Spe-ziell darauf abgestimmte AMF-Nullpunktspannmodule erfüllen die beim 3D-Druck auftretenden ganz besonderen Anforderungen und beschleunigen Rüstprozesse. Hersteller, die diese Nullpunkt-schnittstelle auf alle Folgeprozesse mitnehmen, senken ihre Rüst-zeiten über den gesamten Fertigungsprozess um über 90 Prozent.

Bei der Herstellung von medizin-technischen Produkten wie Prothe-sen, Hüft- und Knieimplantate oder auch Zahnersatz, spielt der 3D-Druck in naher und ferner Zu-kunft eine überragende Rolle. Ge-nauso können damit auch komple-xe Geometrien oder Produkte un-ter Leichtbauaspekten, speziell nach Berechnung durch die Finite Elemente Methode (FEM), wirt-schaftlich gefertigt werden. Häufig erlaubt das additive Verfahren Geometrien, die sich mit subtrakti-ven Verfahren gar nicht herstellen lassen.Die Additive Fertigung dieser Pro-dukte aus Metallpulver – in der Medizintechnik häufig Titan – das zuvor mittels Laser geschmolzen, Schicht für Schicht aufgetragen und zum Endprodukt geformt wird, verspricht ungeahnte Mög-lichkeiten. Vor allem die komple-xen, individuellen Geometrien in Losgröße Eins, wie sie bei Prothe-

sen oder Implantaten vorkommen, schreien geradezu nach kosten-günstiger, weil werkzeugloser Fer-tigung. Formen oder zu spannende Rohteile werden hierbei nicht be-nötigt.Allerdings müssen die Grundplat-ten, auf denen das Metall frei im Raum aufgetragen wird, im Dru-cker ebenso positioniert und fi-xiert werden wie bei herkömmli-cher Fertigung. Da sich an den 3D-Druck häufig weitere Folge-prozesse anschließen, spricht vieles für die Nullpunktspanntechnik. Herkömmliche Spannmodule, wie sie in der zerspanenden Fertigung üblich sind, können dabei jedoch nicht eingesetzt werden. AMF hat bereits Module für die geänderten Herausforderungen entwickelt.So herrschen beim 3D-Druckver-fahren hohe Temperaturen von bis zu mehreren 100 °C. Selbst im Spannmittel kommen noch Tem-peraturen von bis zu 150 °C und

mehr an. Das erfordert Dichtun-gen und Medien, die das aushal-ten. Ebenso darf die Prozesssicher-heit und Wiederholgenauigkeit nicht unter den Temperatur-schwankungen leiden. Hier bedarf es sorgsam ausgewählter Materia-lien und Verfahren, damit die Nullpunktspannmodule die Anfor-derungen erfüllen. Gehärtete Oberflächen sind da nur ein Bei-spiel. AMF-Module sind darüber hinaus temperaturbeständig und bieten auch Abfragetechnik mit Sensoren, die für diese Bedingun-gen geeignet sind. Das ermöglicht auch Automatisierung.Kann die Nullpunktspanntechnik schon im 3D-Drucker die Rüstzei-ten erheblich reduzieren, lässt sich die Einsparung auf häufig notwen-digen Folgeprozessen leicht poten-zieren. Denn wenn der Nullpunkt auf die meist angeschlossenen Rei-nigungs- und Messmaschinen „mitgenommen“ wird, entstehen nahezu keine Rüstvorgänge mehr. Genauso lässt sich bei häufig fol-genden Fräs-, Bohr- oder Sägepro-zessen sofort starten, nachdem die Grundplatte mit dem Produkt in die Maschine eingesetzt wurde. Mit der AMF-Nullpunktspann-technik lässt sich die Schnittstelle und somit der Fertigungsvorgang im 3D-Druck mitsamt den an-schließenden Folgeprozessen hochgradig standardisieren. Eine dermaßen standardisierte Prozess-kette bietet darüber hinaus die Grundlage für eine automatisierte Bestückung durch Roboter. Diese Möglichkeiten haben bereits viele Unternehmen überzeugt. ■

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Andreas Maier GmbH & Co. KGwww.amf.de

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AMF-Nullpunkt-

spannmodule

reduzieren Rüst-

zeiten in der

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MMS UND CO2 SIND KOSTENGÜNSTIGE KÜHLSCHMIERMITTEL-ALTERNATIVEN

Es muss nicht immer Öl seinDas neue Kostendenken in der Medizintechnik stellt alle Prozesspa-rameter auf den Prüfstand. Eine wesentliche, jedoch oft übersehene Einflussgröße ist das verwendete Kühlschmiermittel (KSM) beim Zerspanen und dessen validierbare Entfernung, um die Produktsau-berkeit sicherzustellen.

Momentan sind ölbasierte oder wassermischbare KSM der „Gold-standard“ der Branche. Steigende Anforderungen nach Risikomini-mierung im Reinigungsprozess und der Wunsch nach möglichst kompakten Fertigungsanlagen bringen jedoch neue Spieler aufs Feld:

Minimalmengenschmierung: Phy-sikalisches Handicap: bei Innen-kühlung und Drehzahlen größer 18 000 min-1 wird das Öl-Luft-Gemisch in der Spindel zentrifu-giert, somit ist eine Schmierung nicht mehr gewährleistet.Hier hilft das ATS System von Rother, das deutlich höhere Dreh-zahlen ermöglicht. Die spanend gefertigten Teile kommen annä-hernd trocken aus der Maschine, der Auswaschaufwand ist also deutlich geringer. Außerdem ent-fallen Tank und Pflege des KSM.

Klare Vorteile also für den Betrei-ber: Er zerspant bei deutlich er-höhten Schnittwerten und Werk-zeugstandzeiten, reduziert sein KSM-Handling und benötigt we-niger Fläche für seine Maschine.

Schmierung mit CO2 bzw. scCO2: Speziell im Bereich implantierbare Kunststoffe ist eine Trockenbear-beitung unabdingbar. Gleichzeitig bewirkt der beim Entspannen des Gases entstehende Temperaturun-terschied eine deutlich reduzierte Gratbildung, was für die Validier-barkeit des gesamten Prozesses ei-ne wesentliche Erleichterung ist. Bei mittels Additive Manufactu-ring hergestellten Implantaten mit osseointegrativer Oberfläche ver-bietet sich eine Bearbeitung mit re-gulären Kühlschmiermitteln, denn diese lassen sich nicht mehr vali-derbar aus den schwammartigen Schichten entfernen. Da eine Tro-ckenbearbeitung etwa bei Ti Gra-de 5 nicht ratsam ist, bietet die Be-arbeitung mit Hilfe von CO2 oder scCO2 eindeutig Vorteile. Die Si-cherheitsaspekte im Kontext von CO2 sind zwar nicht zu vernach-lässigen, jedoch problemlos be-herrschbar. Auch hier sind die Schnittdaten deutlich besser und die Werkzeugstandzeiten erhöht.

Kombination Minimalmengen-schmierung mit CO2/scCO2: Für Implantate und Instrumente ohne osseointegrative Oberflächen bie-tet sich die Kombination der Ver-fahren an. Es lassen sich deutlich erhöhte Schnittwerte realisieren, die Werkzeugstandzeit ist ebenfalls höher, und die erzeugten Teile sind relativ sauber.

Grundsätzliche gilt: Je schwieriger zerspanbar das Material, desto be-eindruckender der Unterschied bei Schnittwerten und Standzeit. Der Aufwand beim Reinigen der Teile ist ebenfalls reduziert. Platzbedarf und Handling sprechen außerdem für eines der genannten Verfahren. Ein System zur Minimalmengen-schmierung mit CO2 von Rother misst ca. 600 x 600 x 250 mm. Das Gerät von Fusion Coolant Systems (USA) für scCO2 hat un-gefähr die gleiche Größe.Chiron hat mit den KSM ausgiebi-ge Testreihen gefahren, um Kun-den und Interessenten die best-mögliche Lösung für jede individu-elle Herausforderung in der Medi-zintechnik zu bieten. ■

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16:15 – 16:45 Uhr

ab 16:45 Uhr

Get together im Foyer

Begrüßung durch Holger Röhr,

Chefredakteur mav/Automationspraxis

Begrüßung durch Geschäftsleitung, CHIRON

Keynote: Thomas Philipp, Aesculap

„Produktion chirurgischer Motorensysteme im Zeitalter

von Digitalisierung und Automatisierung“

CADFEM / Prof. Dr. Erwin Bürk, Hochschule Furtwangen:

„Simulation im Studium am Campus Tuttlingen“

Kaffeepause

SCHMOLZ + BICKENBACH International:

„Edelstahl rostfrei – die wirtschaftliche Lösung für die

Medizintechnik“

MOTOREX: „Zerspanen von Implantaten im Wandel der Zeit“

SIEMENS: „Industrialisierung von Additive Manufacturing:

Status quo und Ausblick“

Mittagspause

Keynote: Prof. Dr.-Ing. Bahman Azarhoushang,

Hochschule Furtwangen:

„Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe für die

Medizintechnik“

TRUMPF: „Mikrobearbeitung in der Medizintechnik

mit Ultrakurzpulslasern“

HAIMER: „Neuerungen zur Effizienzsteigerung

in der Produktion“

Kaffeepause

HORN: „Titan – anspruchsvoll für Körper und Werkzeug“

AMF: „Nullpunktspanntechnik in der Medizintechnik –

eine einheitliche Schnittstelle für den kompletten Produktions-

prozess“

CHIRON: „Es muss nicht immer Öl sein.

Alternative Kühlschmiermethoden in der Medizintechnik“

Betriebsrundgang

MMMMeeeddiiziinntteeeccchhhnnniisssscchhhhhheeeeeeessss KKolloquiumm


8. medizintechnisches kolloquium · traumatologie, kardiochirurgie und dermatologie..2 | mav ......

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