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Mit Hüftimplantaten am Ball bleiben

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Die Zahl der orthopädischen Hüftoperationen wird den Prognosen zufolge bis 2026 jährlich um 5 % steigen. Angesichts der Bevölkerungsentwicklung ist das keine Überraschung.  Damit steigt auch die Nachfrage nach Werkzeugen und Komponenten zur Unterstützung dieser Eingriffe.  Das von ANCA in Zusammenarbeit mit dem Schleifscheibenhersteller Tyrolit entwickelte Verfahren zum Schleifen von Hüftköpfen sorgt für Qualität und Konsistenz des fertigen Hüftkopfs, indem es eine spezielle Maschinensteuerung und Anwendungstechnologie auf der marktführenden CNC-Schleifmaschine MX7 Linear einsetzt. 
 
Abbildung 1: Orthopädisches Hüftimplantat mit Hüftkopf


Die Medizintechnik ist eine Branche, in der Kunden und Märkte sehr sensibel auf Produktqualität und -konsistenz reagieren. Das gilt umso mehr für orthopädische Implantate, die dauerhaft im menschlichen Körper eingesetzt werden sollen. Folglich brauchen die Kunden, die orthopädische Implantate kaufen und verwenden, absolutes Vertrauen in das Produkt, was wiederum absolutes Vertrauen in den Herstellungsprozess erfordert.

Die Leistung von Hüftköpfen, die in Hüftgelenkersatzimplantaten verwendet werden, erfordert eine gleichbleibende Rundheit, Größe und Oberflächenbeschaffenheit als wichtige Qualitätskriterien. Um dies zu erreichen, hat ANCA ein Verfahren auf seiner MX7 Linear-Maschine entwickelt, das eine Reihe von Schleif-, Hon- und abschließenden Poliervorgängen umfasst.  Das Ergebnis ist eine Oberflächengüte der Kugel von <0,01µm Ra und eine Teilunrundheit von unter 3µm.

 

Abbildung 2: Messung der Oberflächengüte der fertigen Kugel mit einem Ra-Wert von <0,01 Mikrometer

 
Der erste Schritt im Prozess ist das Schleifen des Ausgangsteils auf sein genaues Maß. Mit beschichteten CBN-Schleifscheiben wird überschüssiges Rohmaterial vom Rohdrehteil entfernt.  Dieser Vorgang erleichtert die nachgelagerten Prozesse, indem er die Toleranzanforderungen für das Rohteil, das die ANCA MX7 schleifen wird, lockert.

Es folgen eine Reihe von Feinbearbeitungsprozessen, die zu einer schrittweisen Verbesserung der Oberflächengüte führen. Anwendungsingenieure von ANCA und dem Schleifscheibenhersteller Tyrolit haben gemeinsam einen Prozess entwickelt, der stabile Produktionsergebnisse für Hüftköpfe liefert. 
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Tyrolit-Schleifscheiben wurden speziell für Hüftimplantatsanwendungen entwickelt, sind jedoch dafür bekannt, dass sie während des Produktionsprozesses verschleißen. ANCA war in der einmaligen Lage, diese Herausforderung zu meistern, da das Unternehmen seine eigenen LinX-Linearmotoren sowie das CNC- und Servoantriebssystem, das die Maschine und die Schleifscheibenbewegung steuert, selbst entwickelt und produziert. Die Systemingenieure von ANCA entwickelten einen völlig neuen Steuerungsalgorithmus für diese Anwendung. Damit konnte der Bediener die gewünschten Vorschubkräfte programmieren. Die drei verschiedenen Tyrolit-Scheiben, die verwendet wurden, konnten mit ihren eigenen einzigartigen Schleifkraftparametern programmiert werden, um eine spiegelglatte Oberfläche und eine gleichbleibende Formtoleranz zu erzielen. 
 

Abbildung 3: Honen der Kugel
 
Zusätzlich wurde eine automatische Scheibenmessung entwickelt, die sicherstellt, dass jeder Bearbeitungsvorgang von der korrekten Zustellposition aus startet, was unabhängig von der Abnutzung der Schleifscheiben, die nach jedem Vorgang auftritt, die Kontinuität des Prozesses gewährleistet.

Ein abschließender Poliervorgang ist der letzte Schritt, der die Oberfläche der Kugel auf Hochglanz bringt, was von entscheidender Bedeutung ist, um sicherzustellen, dass mechanische Reibung und Verschleiß beim fertigen Hüftimplantat minimiert werden.

 
  
Abbildung 4: Vorher-Nachher-Ergebnisse bei der Herstellung von Kugeln mit der MX7 Linear
 

Die MX7 Linear von ANCA erwies sich als die ideale Maschinenplattform für diese Anwendung.  Der Sechs-Scheiben-Wechsler stellt sicher, dass alle Schleif-, Abzieh- und Polierarbeiten in einer Aufspannung durchgeführt werden können.  Darüber hinaus können die für die Kugelproduktion verwendeten Werkzeuge leicht auf die Herstellung von Schneidwerkzeugen umgestellt werden. Anstatt also eine spezielle Maschine für die Herstellung von Hüftköpfen zu kaufen, können die Anwender ihre Maschine problemlos für andere CNC-Schleifanwendungen nutzen, die ihren Markt und ihr Geschäftsmodell ergänzen. Die Herstellung von chirurgischen Rotationsfräsern, Bohrern und Reibahlen sowie Hüftraspeln sind ideale Anwendungen für die Produktion auf derselben MX7 Linear-Maschine, die ihre Präsenz auf dem Markt für medizinische Orthopädie mit Sicherheit steigern wird.
 

1 Dezember 2021