Medizintechnik-Fertigung Implantate von der Stange fordern Fertigung heraus

Redakteur: Bernhard Kuttkat

Die Ersatzteillager von Chirurgen sind gut gefüllt, angefangen von dritten Zähnen über künstliche Gelenke bis hin zu Bandscheibenimplantaten. Bei der Herstellung solcher Hightech-Komponenten stehen Genauigkeit, funktionsorientierte Oberflächenqualität und Prozesssicherheit im Vordergrund.

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Fünf-Achs-Bearbeitung eines Zahnbrückenimplantats, das ab Stange komplett gefertigt wird. Bild: Stama
Fünf-Achs-Bearbeitung eines Zahnbrückenimplantats, das ab Stange komplett gefertigt wird. Bild: Stama
( Archiv: Vogel Business Media )

Jedes Jahr erhalten in Deutschland rund 200000 Patienten eine künstliche Hüfte, etwa 160000 ein neues Kniegelenk und mehrere hunderttausend Patienten ihre dritten Zähne. Eine enorme Vielfalt von Materialkombinationen, Verankerungsprinzipien und Implantatdesigns steht mittlerweile zur Verfügung.

Medizintechnik-Fertigung verlangt hohe Präzision

Die Herstellung dieser Hightech-Ersatzteile für Gelenke und Zähne erfordert viel Know-how und eine präzise mechanische Fertigung. Das „Leben“ eines künstlichen Hüftgelenks beispielsweise beginnt als Metallstange in einer Presse, deren beweglicher Teil mit einer Wucht von 1000 t niedersaust.

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Die dabei entstehenden 120 mm langen Rohlinge werden zu einem Schaft heiß geschmiedet, um Festigkeit und Dehnbarkeit zu steigern. Anschließend wird jeder Hüftschaft CNC-geschliffen. Ränder und Übergänge werden vor dem Polieren manuell nachgeschliffen.

Isothermisches Schmieden für filigrane oder komplexe Prothesenteile

Filigrane oder komplexe Prothesenteile, die im Nachhinein nicht mehr bearbeitet werden, sogenannte Near-Netshape-Formen, werden isothermisch geschmiedet. Während der Umformung werden Werkstück und Werkzeug auf gleicher Temperatur gehalten.

Dadurch vollzieht sich die Formänderung des Werkstücks langsam und mit minimalen Fließspannungen, sodass ein homogenes Materialgefüge entsteht. Dabei können auch Oberflächenstrukturen auf der Prothese zur Knochenverankerung erzeugt werden, die mit konventionellem Schmieden nicht machbar sind.

Haben alle Komponenten eines Hüftgelenks wie Schaft, Kopf, Inlay und Pfanne die mechanische Bearbeitung durchlaufen, werden sie in Lauge- und Salzbädern mit Ultraschall gereinigt. Verpackt und etikettiert werden die Prothesenteile von speziell ausgebildetem Personal in einem Reinraum der Klasse ISO 7. Zuletzt werden die verpackten Implantate mit Gammastrahlung oder Ethylenoxidgas sterilisiert.

Die Bearbeitung von Titan erfordert stabile und dynamische Maschinen

Welche Anforderungen stellt die mechanische Fertigung solcher Hightech-Komponenten an Werkzeugmaschinen? Die Antwort fällt Dr. Achim Feinauer, Geschäftsführer der Stama Maschinenfabrik GmbH in Schlierbach, leicht: „Die verwendeten Werkstoffe wie Titan und hochlegierte Stähle fordern wegen der hohen Präzision und Qualität der Bearbeitung stabile und gleichzeitig dynamische Bearbeitungszentren.“

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