80% Zeiteinsparung: Verfahren zur Oberflächenglättung von Schädelimplantaten aus dem 3D-Drucker

Die Medizin- und Dental-Abteilung bei Renishaw hat auf der Basis einer durch Rösler verfügbaren Maschinentechnik eine Möglichkeit gefunden, die Bearbeitungszeiten für das Glätten und Polieren von Schädelimplantaten drastisch zu verkürzen. Die Schädelimplantate aus dem 3D-Drucker erhalten durch Rösler-Gleitschliffanlage so den letzten Schliff.

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Die im mit 3D-Druck hergestellten, auf individuelle Patienten abgestimmten Implantate – insbesondere die Kranialplatten – sind in der Fachwelt allgemein anerkannt. Die CT scan-to-CAD Software, die zu ihrer Herstellung verwendet wird, hat einige Preise gewonnen. Viel wurde schon geschrieben über die CT scan-to-CAD Methode und wie Titan-Pulver von LPW in den additiven Herstellungsmaschinen (AM) bei Renishaw zur Herstellung dieser lebensrettenden Komponenten verwendet werden. Aber relativ wenig wurde bisher über die außergewöhnlich hohe Oberflächenqualität der Implantate berichtet.

Herausforderung

Logo RenishawDer auf solche Operationen spezialisierte Neurochirurg Bartolome Oliver benötigte eine satinierte, matte Oberfläche der Implantate, um sie den Schädelpartien der Patienten anzupassen. Andy Wescott, Anwendungstechniker bei Renishaw, bekam die Aufgabe, einen kostengünstigen, reproduzierbaren Prozess zur Oberflächenbearbeitung der Schädelimplantate zu entwickeln, der in einem Schritt direkt vom Rohprodukt sowohl ein mattes als auch hochglänzendes Finish erlaubt.

Lösung

Die Lösung dieser Aufgabe erforderte nicht die Neuerfindung des Rades sondern lediglich die Entwicklung eines Bearbeitungsprozesses unter Verwendung einer Rösler Gleitschliffanlage. Die Qualität von mit additiven Herstellungsverfahren produzierten Werkstücken ist inzwischen so gut, dass sie wie alle anderen metallischen Werkstücke bearbeitet werden können. Und Rösler beschäftigt sich seit rund 80 Jahren mit Oberflächenbearbeitung, besitzt also ein umfassendes Knowhow auf dem Gebiet der Gleitschliff- und Strahlbearbeitung von metallischen Werkstücken. Da im Additive Manufacturing-Verfahren gefertigte Werkstücke eine relativ raue Oberfläche aufweisen, kann Rösler seine geballte Erfahrung auf dem Gebiet der Oberflächentechnik einbringen. Deshalb entschied sich Andy Wescott’s Abteilung eine Rösler Fliehkraftanlage, Typ FKS 04, zum Schleifen und Polieren ihrer Komponenten einzusetzen.

Mit dem neuen Verfahren erfordern die Schädelimplantate, die in einer Renishaw AM250 hergestellt werden, nur noch ein Minimum an Handarbeit zur Entfernung von Stützhilfen und leichten Oberflächenglättung mit einer Lamellen-Schleifscheibe, bevor sie in die Rösler Fliehkraftanlage eingebracht werden. Nach einem dreistufigen Bearbeitungsprozess weisen die Teile eine extrem glatte Oberfläche auf. Insgesamt wurde der Anteil an Handarbeit von fünf auf weniger als eine Stunde verringert.

Renishaw brachte sein technisches Knowhow ein, um sicher zu stellen, dass mit dem neuen Bearbeitungsprozess absolut reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Die Erläuterung von Andy Wescott:

„Wir haben eine Halterung entwickelt, die unsere Werkstücke in einem präzise berechneten Winkel in der Gleitschliffanlage positioniert. Anstatt wie sonst üblich, bewegen sich die Teile nicht frei in der Schleifkörpermasse, sondern werden in einer vorgegebenen Position in die drei verschiedenen Schleifkörpertypen eingetaucht. Spezifische Oberflächenbereiche müssen vor dem Schleifmedium geschützt werden. Um dies zu erreichen, haben wir eine Halterung entwickelt, die nur jene Bereiche in die Schleifkörpermasse taucht, die geschliffen und geglättet werden müssen.“

Obwohl noch keine universelle Oberflächenbearbeitungsmethode für additive Herstellungsprozesse entwickelt werden konnte, hat Renishaw bewiesen, dass innovative Lösungen möglich sind. Ähnlich wie der additive Herstellungsprozess selbst hängt die Oberflächenbearbeitung wesentlich davon ab, wie man bestehende Bearbeitungsverfahren auf die einzelnen Anwendungsfälle anpassen kann.

„Die Oberflächenbearbeitung für additiv hergestellte Produkte steckt noch in den Kinderschuhen. Aber ich halte es für absolut falsch, wenn man die additive Fertigung als eine in sich geschlossene Herstellungstechnologie betrachtet“, erläutert Ed Littlewood, Marketingleiter für Renishaw’s Medizin- und Dental-Abteilung und ergänzt: „Betrachten Sie beispielsweise die spanende Bearbeitung. Wir verwenden diese Bearbeitungsmethode schon seit vielen Jahren und betrachten es als selbstverständlich, dass hierzu entsprechende Entgrat- und Eloxierprozesse zur Verfügung stehen. Genau wie bei der spanenden Bearbeitung müssen wir zuverlässige Bearbeitungsprozesse entwickeln, die zu der additiven Herstellungsmethode passen.“

Die Vorstellung des Verfahrens zur Oberflächenglättung von Schädelimplantaten aus dem 3D-Drucker erfolgte in Zusammenarbeit von 3D-grenzenlos und Rösler. Mehr über die Anwendung von 3D-Druck für die Herstellung von Implantaten erhalten Sie regelmäßig auf unserer Themenseite „Implantate aus dem 3D-Drucker“ und im 3D-grenzenlos-Newsletter (hier abonnieren).

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