Entwicklung und Produktion von Leichtmetalloberflächen mit validierfähiger Anlagentechnik

Medizintechnik 07. 11. 2016
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Geräte und Anlagen von Walter Lemmen GmbH mit SPS-Ausstattung für anspruchsvolle Oberflächenbehandlung in der Verfahrensentwicklung und Einzelteilproduktion

Leichtmetalle kommen in den verschiedensten Bereichen in immer stärkerem Maße zum Einsatz. Aluminiumwerkstoffe für den Fahrzeugbau müssen vor allem eine hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Titan oder Niob für Implantate oder medizinische Geräte müssen eine hohe chemische Beständigkeit und zum Teil sehr unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen. Gerätschaften benötigen neben der chemischen Beständigkeit eine sehr gut zu reinigende Oberfläche, die Geweben keine Anhaftungsmöglichkeiten bieten. Bei Implantaten dagegen muss die gesamte Oberfläche oder Teile davon ideal beschaffen sein, um ein Einwachsen im Körper zu garantieren. Alle diese unterschiedlichen Eigenschaften werden stets über eine sehr spezielle Oberflächenbehandlung erzeugt.

Der Anlagenhersteller Walter Lemmen GmbH bietet kompakte und multifunktionale Anlagen- und Wannensysteme für funktionelle und dekorative Verfahren der Oberflächenbehandlung. Diese Systeme sind einerseits darauf konzipiert, mit geringen Volumina an Behandlungslösungen zwischen etwa 5 Liter und bis zu 50 Liter (Standardprogramm, das im Einzelfall auch erweitert werden kann) mit geringem Aufwand unterschiedliche Verfahren einzusetzen. Andererseits steht aber mit der neuen SPS-Steuerung eine sehr große Bandbreite an Verfahrensabläufen zur Verfügung, die in höchster Präzision erfasst und gesteuert werden können. Für die Behandlung von Leichtmetallen sind dies beispielsweise Technologien wie das Reinigen, Elektropolieren, Beizen, Anodisieren und Passivieren.

Durch das elektrochemische Polieren (Elektropolieren) und Entgraten wird die Eigenschaft der metallischen Oberflächen entscheidend verbessert, was sich positiv auf die Beständigkeit der einzelnen Komponenten auswirkt. Elektropolieren ist ein elektrochemisches Verfahren zum Oberflächenabtrag an den Randzonen der Werkstücke. Die Abtragung erfolgt mit speziellen wässrigen Lösungen unter Einsatz von Strom im Mikrobereich und erzeugt eine glatte und glänzende Oberfläche. Die modular aufgebauten Anlagen und Wannensysteme (Abb. 1) beinhalten sämtliche Behandlungsbecken für den gesamten Elektropolierprozess: Vorbehandlung (Ultraschall), Beizen, Elektropolieren, Spülen und Passivieren.

Elektropolierte Metalloberflächen werden in unterschiedlichen Industriebereichen eingesetzt, unter anderem in der Medizin- und Labortechnik, dem Maschinen- und Werkzeugbau, dem Automobil- und Fahrzeugbau sowie in der Chemie, Biochemie und Pharmazie. Als Systemlieferant werden nicht nur Anlagen und Anlagenkomponenten, sondern auch die entsprechende Prozesschemie aus Elektropolierelektrolyten, Beizlösungen und Passivierungsmittel angeboten.

Anodisieren von Leichtmetallen – Beispiel Medizintechnik

Das Anodisieren von Oberflächen, beispielsweise von Titan, Titanlegierungen oder Niob, ist ein elektrochemischer Prozess zur Oberflächenveredelung von Bauteilen und Instrumenten mit einem breiten Anwendungsspektrum unter anderem in der Medizintechnik für Implantate, Schrauben, Platten, Instrumente und Geräteteile. Beispielsweise erfordern heute Zahnimplantate unterschiedliche Oberflächenstrukturen: im unteren Bereich ein anodisierte Oberflächen mit poröser Struktur, um eine gute Verbindung zwischen Metall und Körpergewebe zu garantieren. Im oberen Bereich (Ansatz für die Zahnkeramik) ist dagegen eine elektropolierte und damit sehr glatte Oberfläche notwendig. Dazu besteht bei der Anlage von Walter Lemmen die Möglichkeit, partielle Oberflächenbehandlungen vorzunehmen und diese in der für die Medizintechnik notwendigen Präzision durchzuführen.

Geräte und Anlagen für die Präzisionsbearbeitung

Die Gerätereihe Compacta AM mit Handlingsystem und SPS Steuerung ist universell einsetzbar für die elektrochemische Bearbeitung von Metallen. Das Handlingsystem bewegt im Jochbetrieb den Warenträger in x- und z-Richtung. Am Bestückungsplatz wird ein Werkstück in eine Vorrichtung eingehängt und fixiert. Die Mikroprozessorsteuerung mit übersichtlichem Touch Display ermöglicht die Übernahme aller Steuer- und Regelfunktionen der Systemkomponenten. In Abhängigkeit von der Prozessabfolge wird der Warenträger automatisch von Becken zu Becken transportiert. Nach Ablauf des Prozesses fährt das Handling wieder in Parkposition zurück.

 

 

 

Alle Parameter sind frei einstellbar und können individuell als Programm festgelegt und gespeichert werden, zum Beispiel:

  • Tauchzeit in den Becken
  • Abtropfzeiten über den Becken
  • Bewegungsgeschwindigkeit im Becken
  • Spannung und Strom für die elektrochemische Behandlung
  • Temperatur

Insgesamt können 99 Programme abgespeichert und damit beispielsweise für die medizintechnische Produktion dokumentiert werden. Die Beckenabfolge kann vom Benutzer frei definiert werden. Durch den modularen Aufbau lässt sich die Gerätereihe an individuellen Ansprüche des Anwenders anpassen. Der Anlagenaufbau beinhaltet alle erforderlichen Anlagenkomponenten zur Realisierung von qualitativ hochwertigen Oberflächen: Gleichrichter, Badbewegung, Heizungen mit Regler, Lufteinblasung, Kühlung, Filter- und Ionentauscheranlagen sowie bei Bedarf Elektrolysezellen für die Metallrückgewinnung oder die Reinigung von Behandlungslösungen. Die Compacta bietet damit die notwendige Voraussetzung, die Validierung der Bearbeitung in vollem Umfang zu erfüllen

Die Anlage eignet sich damit hervorragend zum Aufbau und Test von Beschichtungsabläufen, aber auch zur Bearbeitung von Kleinserien, Prototypen oder der Prüfung neuer Bearbeitungs- und Beschichtungsverfahren - das ideale Gerät für innovative Oberflächentechnik.

 

Anlage zum Elektroplieren und Anodisieren von Leichtmetallen, wie sie zum Beispiel für Titanteile in der Medizintechnik eingesetzt wird

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