Welches Potenzial steckt in der Hybridfertigung? Implantatfertigung: Vorteile dank Hybridfertigung

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Mikron Switzerland AG, Division Tool

Kann sie sich in der Medizintechnik als bewährte Praxis etablieren? Um diese Frage gewissenhaft zu beantworten, entwickelte und testete Mikron Tool mit dem Support namhafter Technologiepartner drei verschiedene Fertigungsmethoden für eine Glenoid-Basisplatte – Komponente einer inversen, zementfreien Schulterprothese aus dem Werkstoff Ti6Al4V ELI (3.7165). Am SMM Kongress wird Dr. Alberto Gotti, Entwicklungsleiter, Mikron Tool, die Vorteile und den Nutzen des hybriden Fertigungsverfahrens aufzeigen.

Dr. Alberto Gotti wird am kommenden SMM Kongress (Anmelden mit Gratis-Code: SMMKONGRESS24_NL) einen Vortrag halten. Einen kleinen Vorgeschmack zum Thema seines Vortrages, erhalten Sie im folgenden Beitrag. Am SMM-Kongress können Sie die Thematik mit Dr. A. Gotti vor Ort diskutieren.

Der Werkstoff Ti6Al4V ELI (3.7165) ist aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneten Biokompatibilität eine von der Medizintechnik bevorzugte Titanlegierung und gilt als Referenz für zahlreiche Implantat-Materialien. Produktionstechnisch bereitet er einige Kopfschmerzen.

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Die konkurrierenden Fertigungsverfahrensstrategien

Zur Evaluierung der optimalen Herangehens-
weise für dieses komplexe Teil wurden folgende Produktionsverfahren auf ihre Machbarkeit, Produktivität und Rentabilität im Serienfertigungskontext umfassend geprüft und miteinander verglichen:

• 1. Zerspanende Herstellung:

Wird das medizintechnische Teil zerspanend gefertigt, erfordert es zusätzlich eine in einem sehr aufwendigen Verfahren aufgebrachte Beschichtung aus Titan oder knochenähnlichen Materialien wie z. B. Hydroxylapatit (HA), um die Osseointegration des Implantats zu unterstützen.

• 2. 3D-Druck-Technologie:

Beim 3D-Druck entfällt dies, da die Aussenfläche bereits eine optimale Struktur für die Knochenfusion aufweist. Dennoch benötigt auch hier das Werkstück eine Nachbearbeitung zum Entfernen der Stützstrukturen durch horizontale Drahterodierung und ein abschliessendes Finishing auf einer Werkzeugmaschine.

• 3. Hybridfertigung:

Die dritte Möglichkeit besteht in der Hybridfertigung, einer Kombination aus CNC-Bearbeitung und dem additiven Auftragen von Material.

Innovativer Ansatz

Für die Durchführung des Hybridfertigungsversuchs wurde dem Technologie- und Applikationszentrum der Mikron Tool von dem Maschinenbauer DMG Mori eine «Lasertec 30 Dual SLM» für die additive Fertigung zur Verfügung gestellt. Zusammen mit einem Dreh- und Fräszentrum sowie einer vertikalen Werkzeugmaschine ermöglichte diese die Simulation einer umfassenden Produktionskette für die hybride Serienfertigung, die dem Fachpublikum an den jüngsten Medical Days von Mikron Tool vorgestellt wurde.

Forschungs- und Entwicklungsleiter Dr. Alberto Gotti und sein Team konnten die individuellen Vorteile der konventionellen Fertigungsverfahren – Zerspanung und 3D-Druck – sinnig nutzen, um im Hybridverfahren die Implantatkomponente effizient herzustellen. Das Hybridverfahren hat in der Tat das Potenzial, sich durchzusetzen. Im Vergleich zu den anderen geprüften Fertigungsverfahren zeichnen sich Vorteile ab.

Überraschendes Resultat

Der ausgearbeitete Serienfertigungsprozess führt zu einer perfekten Abstimmung der drei beteiligten Maschinen, maximiert deren Auslastung und zeichnet sich durch einen hohen Materialnutzungsgrad aus. Das Bauteilhandling wurde auf ein Minimum reduziert und die angestrebten Qualitätsziele für das medizintechnische Bauteil wurden vorbildlich erreicht. Das Beste zuletzt: Auch wirtschaftlich setzt sich das Hybridverfahren im Vergleich zu konventionellen Fertigungsstrategien durch.

Die Kosteneinsparung der hybriden Fertigung bei einer Losgrösse von 1000 Stück beträgt im Vergleich zu

• spanender Fertigung mit Beschichtung 4 %;

• additivem Verfahren mit Nachbearbeitung 9 %.

Präsentation auf dem SMM Kongress

Mikron Tool hat ein Whitepaper erstellt, das in der DeviceMed publiziert wurde. Es enthält eine detaillierte Darstellung der Testverfahren sowie eine Analyse der damit verbundenen Herausforderungen und Chancen. Dr. Alberto Gotti wird auf dem SMM Kongress am 23. Mai 2024 im Forum der Messe Luzern dieses Thema vertiefen. SMM

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