Kosten reduziert, Qualität und Reproduzierbarkeit optimiert

Für eine optimale Patientenversorgung müssen die verschiedenen Bereiche von Hüftschäften unterschiedliche Oberflächenanforderungen erfüllen. Um am Halsbereich der Implantate eine glatte und hochglanzpolierte Oberfläche herzustellen, ersetzte ein Präzisionsteilehersteller das manuelle Schleifen mit anschließender Elektropolitur durch einen zweistufigen, automatisierten Gleitschliffprozess. Der Schleppfinisher R 4/700 SF von Rösler ermöglicht dabei die präzise Einzelteilbearbeitung von zwölf Hüftschäften gleichzeitig. Neben deutlichen Kosten- und Zeiteinsparungen resultieren daraus eine verbesserte und reproduzierbare Qualität.

Die spanende Herstellung von feinmechanischen Komponenten und Baugruppen ist das Metier, dem sich die im niederösterreichischen Pottendorf ansässige MBN Präzisionstechnik GmbH seit 20 Jahren widmet. Der Schwerpunkt liegt in der Produktion von chirurgischen Implantaten und Instrumenten aus Titan und Edelstahl. Das entsprechend DIN 13485 zertifizierte Unternehmen verfügt nicht nur über einen hochmodernen Maschinenpark inklusive Laserbeschriftungslösungen und 3D-Messtechnik, sondern auch über Reinräume für das Beschichten und sterile Verpacken der Produkte.

Herausforderung: Partielle Bearbeitung unterschiedlicher Hüftschäfte
Die Produktion ist weitestgehend automatisiert und stellt eine lückenlose Rückverfolgbarkeit vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt sicher. Das Polieren der Schafthälse von Hüftimplantaten erfolgte allerdings bis vor kurzem noch in Handarbeit durch manuelles Vor- und Feinschleifen sowie anschließendes Elektropolieren. Dieser Fertigungsschritt verursachte nicht nur einen enormen Zeit-, Personal- und Kostenaufwand, sondern war auch unter den Aspekten Reproduzierbarkeit und Nachhaltigkeit nicht optimal. Geschäftsführer Thomas Müllner suchte deshalb bereits seit längerem eine automatisierte Alternative. „Da nur ein genau definierter Bereich poliert werden darf und verschiedene Schafttypen in unterschiedlichen Größen zu bearbeiten sind, stellte die Automatisierung eine gewisse Herausforderung dar. Die ersten Versuche und Musterbearbeitungen wurden bei einem Wettbewerber von Rösler durchgeführt, dieser konnte jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefern.“

Eine Anwendung fürs Schleppfinishen
Auf Empfehlung eines Endkunden von MBN folgten weitere Versuche mit der österreichischen Niederlassung von Rösler, welche sich in unmittelbarer Nähe befindet und über ein kombiniertes Versuchs- und Dienstleistungszentrum verfügt. Zum Einsatz kam ein Schleppfinisher. Diese spezielle Gleitschliffanlage ermöglicht eine sehr präzise und gezielte Einzelbearbeitung komplex geformter, hochwertiger Werkstücke. Exakt wiederholbare Prozessparameter gewährleisten dabei reproduzierbare Ergebnisse. „Das umfangreiche Know-how und die Erfahrung aus dem Lohnbetrieb haben wesentlich dazu beigetragen, dass wir in den Schleppfinish-Versuchen sehr schnell einen zweistufigen Prozess mit den Schritten Nassschleifen und Trockenpolieren entwickeln konnten, mit dem wir in kurzen Bearbeitungszeiten gleichbleibend gute Ergebnisse erzielen“, erinnert sich Thomas Müllner. Ausschlaggebend war darüber hinaus mit dem Vibrationsmotor unter dem Arbeitsbehälter ein technischer Vorteil der Schleppfinish-Anlage von Rösler. „Die Vibration des Arbeitsbehälters sorgt dafür, dass das Bearbeitungsmedium optimal durchgemischt und alle relevanten Bereiche der Hüftschäfte homogen bearbeitet werden“, ergänzt der Geschäftsführer.

Automatische Bearbeitung mit zwei Arbeitsbehältern
Entschieden hat man sich bei MBN Präzisionstechnik für einen kompakten Schleppfinisher R 4/700 SF. Die Plug-and-Play-Maschine verfügt über einen Arbeitsbehälter mit 700 mm Durchmesser sowie ein Karussell für vier Arbeitsspindeln mit jeweils drei Teileaufnahmen. Das Karussell und die Arbeitsspindeln werden von separaten Motoren angetrieben, sodass deren Bewegungen individuell und unabhängig voneinander einstellbar sind. Zur Ausstattung der Anlage gehört außerdem ein zweiter Arbeitsbehälter, der mit einem Flurfördergerät einfach und schnell getauscht werden kann.
Vor dem Schleifen werden die nicht zu bearbeitenden Bereiche der Hüftschäfte maskiert und die Implantate manuell in Werkstückhalterungen gespannt. „Wir haben dafür eine Spannvorrichtung konstruiert, die wir für alle Schafttypen und -größen verwenden können“, bemerkt Thomas Müllner. Die Aufnahmen werden dann an die Arbeitsspindeln angekoppelt.
Nach dem Start des entsprechenden Bearbeitungsprogramms, das in der frei programmierbaren Anlagensteuerung hinterlegt ist, fahren die Spindeln rotierend in das Bearbeitungsmedium. Für das Nassschleifen kommt ein Gemisch aus kunststoffgebundenen Schleifkörpern unterschiedlicher Geometrien mit abgestimmtem Compound zum Einsatz. Karussell und Spindel bewegen sich jeweils in der definierten Drehzahl gegenläufig. Nach etwa der Hälfte der Bearbeitungszeit – sie beträgt weniger als eine Stunde – erfolgt üblicherweise eine Drehrichtungsumkehr. Dies gewährleistet, dass die Schafthälse von allen Seiten gleichmäßig bearbeitet werden. Für die Aufbereitung der Flüssigkeit aus dem Nassschleifprozess hat MBN Präzisionstechnik zusätzlich in das halbautomatische Prozesswasserkreislauf-System Z 800 von Rösler investiert. Durch die Kreislaufführung der Prozessflüssigkeit wird die Umwelt geschont und die Prozesskosten deutlich reduziert.
Das Polieren erfolgt mit einem pflanzlichen Trockenpoliermedium. Für diesen Prozessschritt, bei dem die Bearbeitungszeit deutlich unter 20 Minuten liegt, wird der Arbeitsbehälter einfach ausgetauscht. „Durch den automatischen Schleppfinish-Prozess konnten wir einerseits die Qualität und Reproduzierbarkeit weiter erhöhen. Andererseits fallen für das Schleifen und Polieren der Schafthälse nur noch rund ein Drittel der vorherigen Kosten an. Dadurch amortisiert sich diese Investition in rund drei Jahren“, merkt Thomas Müllner abschließend an.