Die additive Fertigung bietet nahezu grenzenlose Freiheiten in der Konstruktion und ermöglicht einen wirtschaftlichen Umgang mit oftmals hochpreisigen Werkstoffen. Verfahren wie die Pulverbetttechnologie haben sich längst als optimale Ergänzung zu konventionellen Prozessketten in der Zerspanung etabliert. So erkennen und nutzen auch in der Medizintechnik immer mehr Unternehmen das Potenzial der Technologie. Das Bauteilspektrum reicht schon heute vom Zahnersatz über Knochenplatten bis hin zu ganzen Implantaten. DMG MORI begleitet und fördert diese Entwicklung mit ganzheitlichen Fertigungslösungen bestehend aus Konstruktions- und Programmiersoftware, Pulverbettmaschinen der LASERTEC SLM Baureihe und Bearbeitungszentren für die präzise Nachbearbeitung der medizintechnischen Komponenten. Jüngstes Highlight ist die Fertigung einer Hüftpfanne mittels selektiven Laserschmelzens auf der LASERTEC 30 DUAL SLM.
12.10.2020DMG MORI Medical Excellence / ADDITIVE MANUFACTURING
Hüftpfanne aus dem Pulverbett
Mit den Pulverbettmaschinen der LASERTEC SLM Baureihe schafft DMG MORI effiziente Prozessketten zur Herstellung von medizintechnischen Produkten.
Die mittlerweile drei Modelle der LASERTEC SLM Baureihe eignen sich für ganz unterschiedliche Anwendungen in der Medical-Branche. Im Pulverbett der bewährten LASERTEC 30 SLM 2nd Generation lassen sich beispielsweise gleichzeitig 32 Knochenplatten für die Handgelenkschirurgie aufbauen, ehe sie auf einer automatisierten DMP 70 fertigbearbeitet werden. Für präzisere Anwendungen in der Dentaltechnik ist die LASERTEC 12 SLM die perfekte Wahl. Sie hat mit 35 µm den kleinsten Fokusdurchmesser gemessen an der Größe ihres Bauraums. Die hohe Oberflächenqualität reduziert den Aufwand in der Nachbearbeitung erheblich. Wenn Produktivität und Aufbaurate Vorrang haben, greifen Anwender zur LASERTEC 30 DUAL SLM. Durch den größeren Bauraum – 300 x 300 x 300 mm gegenüber 125 x 125 x 200 mm bei der LASERTEC 12 SLM – und das Dual-Laser-Konzept sinkt die Bearbeitungszeit der Dentalprodukte oder Implantate auf ein Minimum.
Effiziente Fertigung individuell angepasster Implantate
Dank ihrer zwei leistungsstarken 600-W-Laser, deren Scanfelder jeweils den gesamten Bauraum abdecken, ermöglicht die LASERTEC 30 DUAL SLM Aufbauraten von bis zu 90 cm³/h. Das macht sich DMG MORI am Beispiel von Hüftpfannen zunutze, für die der Werkzeugmaschinenhersteller einen hochproduktiven Fertigungsprozess entwickelt hat. „Die Anwendung ist deshalb so interessant, weil uns das Pulverbettverfahren die Möglichkeit bietet, individuell angepasste Hüftpfannen wirtschaftlich herzustellen“, erklärt Dr. Uli Sutor, Key Account Medical Industries bei DMG MORI, die Motivation hinter dem Projekt.
Da medizintechnische Produkte wie solche Titanimplantate höchsten Qualitätsanforderungen unterliegen, hatte es für DMG MORI oberste Priorität, eine absolut prozesssichere Fertigung auszuarbeiten. Dr. Uli Sutor erinnert sich an die unterschiedlichen Tests: „Wir haben die Stabilität von Probebauteilen geprüft und deren Dichte – vor allem bei höheren Aufbauraten.“ Mit einer Dichte von über 99,97 Prozent im finalen Bauteile habe man die Erwartungen absolut erfüllt. Auch die Bauteilgenauigkeit sei gewährleistet: „Der dynamisch anpassbare Fokusdurchmesser liegt bei bis zu 50 µm und eine aktive Kühlung ist ebenfalls an Bord.“
Intelligente Softwarelösungen im additiven Fertigungsprozess
Die Herstellung der Hüftpfannen ist ein ganzheitlicher Prozess von der Konstruktion und Programmierung über die additive Fertigung im Pulverbett bis zur finalen Nachbearbeitung auf einer NTX 1000 2nd Generation. Sie wird beispielsweise für die Präzisionsbearbeitung des innenliegenden Gewindes benötigt. Als Software zur Optimierung der Parameter im Pulverbettverfahren hat DMG MORI OPTOMET im Sortiment und auch in diesem Projekt zielführend genutzt. Dr. Uli Sutor führt aus: „Mit ihr lassen sich die Parameter innerhalb weniger Minuten entwickeln und mechanische Eigenschaften der Materialien vorausberechnen.“
Auch CELOS ist ein elementarer Bestandteil des Prozesses. Die durchgängige Softwarelösung reicht von der CAM-Programmierung direkt an der Maschine mittels RDesigner bis zur Steuerung der beiden Maschinen. Die HEAT-Calculation bietet zudem eine patentierte Vorausberechnung der Massenverteilung sowie automatische Anpassung aller Laserparameter für beste Bauteilqualität. Monitoringtools wie die kamerabasierte Überwachung der Aufbau- und Beschichtungsqualität komplettieren den Funktionsumfang.
Als dritte Software im Bunde und für eine einfache Digitalisierung von Fertigungsprozessen hat DMG MORI TULIP im Angebot. Hiermit lassen sich schnell, intuitiv und ohne Programmierkenntnisse APPs erstellen. Im Bereich ADDITIVE MANUFACTURING sind bereits erste APPs entstanden, die zum Bedienkomfort der Pulverbettmaschinen beitragen. So ist es dank TULIP auf Knopfdruck möglich, die Pulverbeladung, Verbrauchsmaterialien sowie Druckaufträge zu verfolgen. „Auch die Dokumentation von Wartungen und Software-Updates wird über eine APP vereinfacht“, ergänzt Dr. Uli Sutor.
Arbeitssicherheit im Fokus
Ein wesentlicher Teil des Fertigungskonzepts rund um die LASERTEC 30 DUAL SLM ist die Arbeitssicherheit. Die entscheidenden Merkmale sind hierbei der geschlossene Pulverkreislauf und das Permanent-Filtersystem. Die rePLUG Pulvermodule verhindern, dass das feine Metallpulver nach außen in die Atemluft gelangt. Darüber hinaus erlauben sie einen schnellen Pulverwechsel in unter zwei Stunden. Das Permanent-Filtersystem sorgt zudem für eine automatische Passivierung von Metallstäuben. Die Filterstandzeiten liegen bei über 3.000 Stunden.
Alte Prozesse neu denken
Die bisherigen Projekte in der Medizintechnik und insbesondere die Herstellung von individuell angepassten Hüftpfannen zeigen eindrucksvoll, dass die additive Fertigung in der Branche angekommen ist und dort noch viel bewirken kann. Dr. Uli Sutor ist optimistisch: „Wir werden noch viele bewährte Prozesse auf den Prüfstand stellen und mit Hilfe unserer Pulverbettmaschinen weiter optimieren.“
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