Anwendung der CNC-Bearbeitung in der medizinischen Industrie

Die maschinelle Bearbeitung ist heute in vielen Bereichen der Industrie Standard, vor allem in den Bereichen, die eine hochpräzise Fertigung und minimale Toleranzen erfordern. Zusätzlich zu den offensichtlichen Industrien - wie der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie - wird die Produktion von medizinischen Geräten sehr oft mit CNC-Ausrüstung durchgeführt. CNC-Drehen und CNC-Fräsen (einschließlich fortschrittlicher 5-Achsen) sorgen für hohe Produktivität und reproduzierbare Präzision bei der Herstellung medizinischer Geräte.

Anwendungen der CNC-Technologie in der Produktion für die medizinische Industrie

Die heutige medizinische Industrie fordert die höchstmögliche Präzision und Reproduzierbarkeit in der Produktion - dank dieser Eigenschaften können Apparate, chirurgische Instrumente oder Prothesenteile effektiv (und komfortabel) für den vorgesehenen Zweck eingesetzt werden. Gesundheit und Leben zu retten oder deren Qualität zu verbessern - das sind nur einige Werte, die für die moderne Medizin ohne zuverlässige Instrumente oder medizinisches Zubehör nur schwer zu erreichen wären. 

Auf der anderen Seite ermöglicht die Entwicklung der Zerspanungstechnik die präzise Herstellung von sehr kleinen Bauteilen - unverzichtbar bei anspruchsvollen und komplizierten medizinischen Eingriffen, wie z.B. bei der Laparoskopie oder Neurochirurgie. Derzeit wird die CNC-Fertigung in der Medizinbranche zum Beispiel eingesetzt:

• bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten, vor allem aus chemisch stabilen Legierungen wie Stahl (Serien 200, 300, 400 und 500 und insbesondere 316L, der am häufigsten verwendete "chirurgische Stahl"), 
• bei der Herstellung von Mikrowerkzeugen, wie sie in der Laparoskopie verwendet werden - aufgrund der erforderlichen Präzision und Wiederholbarkeit ermöglicht der Einsatz von CNC-Maschinen die Erfüllung sehr hoher Anforderungen an die Materialverarbeitung, die Qualitätskontrolle (Input und Output) und die Herstellung von Miniaturkomponenten, 
• bei der Herstellung von Prothesenteilen (Gliedmaßen oder Zähne), die eine hohe Verarbeitungsqualität und eine präzise Bearbeitung von - oft nicht genormten - Gewinden erfordern, die manchmal eine nicht genormte Steigung oder Form haben, 
• bei der Herstellung von Bauteilen für größere Systeme - z. B. Gehäuse für medizinische Geräte wie Computertomographen oder Magnetresonanzen, oft aus nichtmagnetischen Legierungen, 
• bei der Herstellung von Kunststoffteilen - z.B. Steckverbinder aus Polymeren mit hoher chemischer Beständigkeit, die regelmäßig mit aggressiven Mitteln desinfiziert werden können,
• bei der Herstellung von Prototypen - obwohl die CNC-Technologie eine effiziente Massenproduktion ermöglicht und die Kostenoptimierung bei der Herstellung von Einzelteilen eine Herausforderung bleibt, nutzen viele Unternehmen in der Medizinbranche die CNC-Zerspanung für die Herstellung von Einzelstücken (aus Gründen der Präzision) oder Prototypen. 

Anders ausgedrückt: Je spezieller das spezifische medizinische Zubehör und je höher die Anforderungen sind, desto besser ist die CNC-Fertigung für ihre Herstellung geeignet. 

Vorteile der Herstellung medizinischer Produkte durch CNC-Bearbeitung

Die Vorteile der CNC-basierten Fertigung in der Medizinbranche sind ähnlich wie die, die sie zum Standard in anderen Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie machen. Zu den Vorteilen der CNC-Technologie, die sie zu einer weit verbreiteten Lösung in der Medizinbranche machen, gehören: 

• sehr hohe Präzision - moderne CNC-Anlagen ermöglichen die Herstellung von hochkomplexen, oft miniaturisierten Werkzeugen und Teilen mit extrem engen Toleranzen, die eine einfache Austauschbarkeit und präzise Handhabung ermöglichen,
• hohe Wiederholbarkeit und Geschwindigkeit der Fertigung - die CNC-Technologie ermöglicht die Massenproduktion von Teilen, die (selbst bei sehr sorgfältiger Qualitätskontrolle) nahezu identisch sind, so dass sie bei Verschleiß leicht ausgetauscht werden können und trotzdem ein integraler Bestandteil des größeren Systems bleiben, 
• die Möglichkeit, eine große Bandbreite an Materialien zu verarbeiten - Stahl ist nicht das einzige Material, das in der medizinischen Industrie verwendet wird. Mit den heutigen CNC-Zentren können u.a. Metalllegierungen, Keramik, Verbundwerkstoffe oder Polymere geformt werden, 
• vielfältige Umformungsmöglichkeiten - mit numerisch gesteuerten Schneidevorrichtungen lassen sich Objekte in fast jeder Form herstellen. In Kombination mit Elektroprägeverfahren (EDM) lassen sich mit ihnen auch sehr komplexe Objekte schnell und präzise herstellen, 
• die Möglichkeit, bei der Massenproduktion einen relativ niedrigen Stückpreis zu erzielen, 
• die einfache Möglichkeit, die Produktion zu erhöhen und eine neue Charge von Teilen/Werkzeugen zu produzieren (auch bekannt als Produktion auf Abruf). 
  
  
  

Materialien, die bei der Bearbeitung für die medizinische Industrie verwendet werden

Die medizinische Industrie ist eng mit Stahl verbunden - er ist eines der ältesten bekannten Metalle und wird seit den Anfängen der modernen Medizin häufig verwendet. Seine guten mechanischen Eigenschaften haben dazu geführt, dass Klingen oder Instrumente aus ihm hergestellt wurden (und werden).  Nicht umsonst verbinden viele Menschen "Chirurgenstahl" mit Langlebigkeit, Präzision und einem sehr geringen Risiko, eine allergische Reaktion auszulösen. Am häufigsten werden vier Serien von Eisenlegierungen mit Chrom, Nickel, Molybdän und Mangan in unterschiedlichen Anteilen (200, 300, 400 500; die 300er Serie hat die höchste Korrosionsbeständigkeit) in diese Gruppe eingeordnet.

Heutzutage ist es das am häufigsten verwendete Material für chirurgische Instrumente und sogar für Prothesenkomponenten oder knochenverbindende "Nägel". Aufgrund seiner sehr hohen chemischen Beständigkeit kann diese Art von Material regelmäßig desinfiziert werden (z. B. in Autoklaven) und ständig mit aggressiven Reinigungsmitteln in Kontakt sein. Diese Stabilität bedeutet auch, dass das Risiko, eine allergische Reaktion auszulösen, gering ist, selbst bei nickelhaltigen Legierungen (häufig ein Sensibilisator, der bei intramedullären Prothesen Gesundheitsrisiken verursachen kann). 

Die Legierungen aus Chirurgenstahl sind gut zerspanbar und lassen sich relativ leicht kalt umformen. Die Entwicklungen in der Metallurgie - wie auch in der Medizin selbst - haben dazu geführt, dass für die Herstellung vieler Instrumente, insbesondere von Präzisionsinstrumenten, zunehmend Titan verwendet wird, das eine viel bessere mechanische Leistung als Stahl bietet und gleichzeitig aufgrund seiner hohen chemischen Stabilität weniger wahrscheinlich allergische Reaktionen auslöst. Titanbauteile, die mit CNC-Technik hergestellt werden, finden sich häufig in intramedullären Prothesen (z. B. "Titanplatte im Schädel" oder "Titannägel in der Hüfte") oder chirurgischen Präzisionsinstrumenten, z. B. für die Neurochirurgie. 

Dagegen verwendet die Prothesenindustrie im weitesten Sinne des Wortes (ob für intramedulläre oder Gliedmaßenprothesen) häufig Polymere, Kohlefaser, Aluminium und Titan. Das sind Materialien, die in der modernen Prothetik weit verbreitet sind - ein Bereich, der eine sehr gute mechanische Leistung erfordert, damit Menschen, die solche Vorrichtungen benutzen, ihre normale Mobilität wiedererlangen können. 

Leichte Aluminium- und Titanlegierungen, die oft galvanisch beschichtet werden, um die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen, werden für die tragenden Teile der Prothesen verwendet, während Kohlefaser, Glasfaser oder Polymere für die Körper verwendet werden. Durch die geringen Toleranzen, die die CNC-Bearbeitungstechnik für medizinische Instrumente oder Prothesen bietet, können diese noch effizienter eingesetzt werden. Die Auswahl geeigneter Materialien und der richtige Zusammenbau führen wiederum zu hohem Komfort und einer besseren Lebensdauer. 

Medizinischer Prototypenbau und Massenproduktion

Die CNC-Bearbeitung wird weltweit für die Herstellung von medizinischen Geräten eingesetzt - vor allem für die Massenproduktion, nicht zuletzt wegen ihrer Fähigkeit, identische Teile und Präzision zu erstellen. Andererseits wird der 3D-Druck immer beliebter, vor allem für das Rapid Prototyping. Der gleiche Entwurf für ein Bauteil, ein Werkzeug oder eine ganze Prothese kann auf einem 3D-Drucker als Prototyp hergestellt, analysiert und getestet und dann - in der endgültigen Version - für die CNC-Massenbearbeitung in Auftrag gegeben werden. Das ist ein zunehmend gebräuchliches Verfahren, das die Kosten für das Prototyping senkt und die Arbeit von den ersten 3D-Entwürfen in der CAD-Software bis zum hochpräzisen Bauteil, das aus dem Zielmaterial gefertigt und auf CNC-Schneidemaschinen bearbeitet wird, erheblich beschleunigt. 

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