Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren: Die Präzisionskraft, die die Fertigung orthopädischer Medizinprodukte neu gestaltet

Wenn ein Patient mit Arthrose nach dem Erhalt eines künstlichen Hüftgelenks seine stabile Mobilität zurückerlangt, ist dies ein Beweis für zahlreiche präzise Fertigungstechnologien. Im Bereich orthopädischer Medizinprodukte haben Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren mit ihren einzigartigen Vorteilen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Produktqualität und beim technologischen Fortschritt übernommen.

Orthopädische Medizinprodukte wirken sich direkt auf die Gesundheit und Lebensqualität der Patienten aus und stellen daher äußerst strenge Fertigungsanforderungen. Produkte wie künstliche Gelenke und Wirbelsäulenimplantate müssen nicht nur eine präzise Ausrichtung zu den menschlichen Knochen gewährleisten, sondern auch über hervorragende Biokompatibilität und mechanische Eigenschaften verfügen.

Häufig verwendete Materialien wie Titanlegierungen und Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen erfüllen die biokompatibilitätsbedingungen, stellen jedoch erhebliche Bearbeitungsherausforderungen dar. Diese Materialien zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Zähigkeit aus und führen oft zu Problemen wie übermäßigen Schneidkräften und schlechter Wärmeableitung während der Bearbeitung, was hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschinen stellt. Zudem weisen orthopädische Geräte typischerweise komplexe gekrümmte Oberflächen und komplizierte Strukturen auf – beispielsweise die Kugeloberflächen künstlicher Gelenke oder die Gewinde von Wirbelsäulenschrauben –, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit auf Mikrometerebene kontrolliert werden muss.

Herkömmliche Bearbeitungsverfahren umfassen mehrere Spannschritte, die nicht nur ineffizient sind, sondern auch zu kumulativen Fehlern führen und somit den hohen Präzisionsanforderungen orthopädischer Geräte nicht gerecht werden. Die Einführung von Fräs-Dreh-Zentren hat eine effektive Lösung für diese Herausforderungen bereitgestellt.

Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren vereinen mehrere Bearbeitungstechnologien – einschließlich Drehen, Fräsen und Bohren – und ermöglichen so, dass der Großteil oder die gesamte Bearbeitung eines Werkstücks in einer einzigen Aufspannung erfolgen kann. Dies reduziert grundlegend Fehler, die durch mehrfache Aufspannungen entstehen. Die Mehrachsen-Verknüpfungsfähigkeit erlaubt die präzise Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen, wodurch die komplizierten Strukturen orthopädischer Geräte keine Fertigungshindernisse mehr darstellen.

Als Beispiel seien künstliche Kniegelenke genannt: Der Oberschenkelrollen (Femoral Condyle) weist eine komplexe Freiformfläche auf, die perfekt zur menschlichen Anatomie passen muss. Durch koordinierte Mehrachsen-Bewegungen können Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren die Bearbeitung dieser Freiformflächen in einem einzigen Arbeitsgang durchführen und Bearbeitungsgenauigkeiten von ±0,005 mm sowie eine Oberflächenrauheit von Ra 0,8 μm oder besser erreichen – und damit das Risiko von Abnutzung nach der Operation erheblich verringern.

Hinsichtlich der Materialbearbeitung sind Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren mit fortschrittlichen numerischen Steuerungssystemen ausgestattet, die die Schneidparameter (wie Schneidgeschwindigkeit und Vorschub) automatisch an die Eigenschaften unterschiedlicher Materialien anpassen. Dies löst effektiv die Bearbeitungsherausforderungen schwer zu bearbeitender Materialien wie Titanlegierungen. Gleichzeitig gewährleistet die hochrigide Konstruktion der Maschine und ein stabiles Antriebssystem Bearbeitungsstabilität und minimiert den Einfluss von Vibrationen auf die Bearbeitungsgenauigkeit.

Der Einsatz von Fräs-Dreh-Bearbeitungszentren hat nicht nur die Fertigungsqualität und -effizienz orthopädischer Medizinprodukte verbessert, sondern auch die Entwicklung der personalisierten Medizin vorangetrieben. Durch die Integration von 3D-Drucktechnologie und Fräs-Dreh-Bearbeitung können Ärzte orthopädische Implantate basierend auf den CT-Scan-Daten der Patienten individuell anfertigen.

Zunächst wird ein 3D-Druckverfahren eingesetzt, um Rohlinge für personalisierte Implantate herzustellen, die anschließend mit Dreh-Fräszentren präzise bearbeitet werden. Dieser Ansatz gewährleistet sowohl eine perfekte Passform zwischen Implantat und den Knochen des Patienten als auch die Einhaltung der geforderten mechanischen Eigenschaften. Diese personalisierte Fertigungsmethode wurde bereits in Bereichen wie der Beckenrekonstruktion und der Korrektur von Skoliose eingesetzt und hat die chirurgischen Erfolgsraten sowie die Lebensqualität der Patienten nach der Operation deutlich verbessert.