Hohe Prozesssicherheit und Produktivitätssteigerung bei der selektiven Bearbeitung von Femurteilen

Medizintechnik 01. 09. 2023
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Für eine optimale Patientenversorgung müssen die verschiedenen Bereiche von Implantaten unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen. Im neuen hochtechnologischen Werk von Smith+Nephew in Malaysia sind für die selektive Oberflächenbearbeitung der Femurteile derzeit zwei Fertigungszellen mit jeweils drei Schleppfinishanlagen R 6/1000 SF im Einsatz. Bei der Aufbereitung des Prozesswassers sorgt die Ausstattung der beiden automatischen Zentrifugen Z1000 mit dem digitalen Prozesswassermanagement Advanced von Rösler Smart Solutions für erhöhte Prozesssicherheit. Einen Beitrag dazu leistet auch die kontinuierliche Überwachung und regelmäßige Aufbereitung der Schleifkörper.

Smith+Nephew ist eines der führenden Medizintechnikunternehmen, das sich zum Ziel gesetzt hat, den Körper und das Selbstvertrauen von Menschen wiederherzustellen, indem es Technologien nutzt, die dem Leben seine Grenzen nehmen. Dafür arbeiten rund 18 000 Beschäftigte in über 100 Ländern daran, die Exzellenz des Produktportfolios in den drei globalen Geschäftsbereichen Orthopädie, modernes Wundmanagement sowie Sportmedizin und HNO durch die Entwicklung und Anwendung von innovativen Technolo­gien zu verbessern. Sichtbar wird dies auch im neuen hochtechnologisierten Werk im malaysischen Penang, das mit der Fertigung von Produkten für die Knie- und Hüftendoprothetik in erster Linie das Orthopädiegeschäft des Unternehmens unterstützen wird.

Das Oberflächenfinish – ein entscheidendes Qualitätskriterium

Für die verschiedenen Implantate gibt es nach Aussage von Jürgen Preiser, Senior Manufacturing Engineer bei Smith+Nephew, genaue Spezifikationen, welche Oberflächengüte diese aufweisen müssen. Er begleitet den Aufbau der Oberflächenbearbeitungszellen für Knieimplantate aus Kobalt-Chrom-Legierungen im neuen Werk in Malaysia. So ist an den Innenflächen von Femurteilen für eine optimale Integration eine definierte Rauheit zu erzielen, während im Außenbereich homogene, sehr glatte und hochglanzpolierte Oberflächen erforderlich sind, um bei Bewegungen Abrieb zu vermeiden. Dies macht eine partielle, aber äußerst hochwertige und repro­duzierbare Bearbeitung der äußeren Flächen dieser Femurteile notwendig.

Schleppfinisher – Lösung für selektives, berührungsfreies Gleitschleifen

Smith+Nephew hat sich bei dieser anspruchsvollen Aufgabenstellung für die Schleppfinish­anlagen R 6/1000 SF von Rösler entschieden. Hierbei handelt es sich um spezielle Gleitschliffanlagen, die für die präzise, selektive Einzelbearbeitung komplex geformter, hochwertiger und beschädigungsempfindlicher Werkstücke entwickelt wurden. Die Femurteile dürfen sich während des Schleif- beziehungsweise Polierprozesses gegenseitig nicht berühren. Exakt wiederholbare, über SPS gesteuerte und dem jeweiligen Anforderungsprofil adaptierbare Prozessparameter gewährleisten dabei reproduzierbare Ergebnisse. Da wir identische Maschinen und Prozesse in unserem US-amerikanischen Werk in Memphis für diese Anwendung einsetzen, sind entsprechende Erfahrungen und Know-how vorhanden, sagtJürgen Preiser. Das mache die Zulassung einfacher und schneller. Ein weiterer Aspekt, der für Rösler als Partner gesprochen habe, sei die weltweite Präsenz des Unternehmens mit einer Vertretung in Singapur. Darüber hinaus entwickle und produziere Rösler sowohl die Anlagen als auch die Verfahrensmittel, sodass alles optimal aufeinander abgestimmt und Versorgungssicherheit gegeben sei, konkretisiert Preiser die Entscheidungsgründe.

Die Schleppfinishanlagen R 6/1000 SF verfügen über einen Arbeitsbehälter mit 1000 mm Durchmesser sowie ein Trägerkarussell für sechs Arbeitsspindeln. Sie eignen sich ideal für die präzise, selektive Einzelbearbeitung komplex geformter und beschädigungsempfindlicher Werkstücke wie Femurteile (Bild: Rösler Oberflächentechnik GmbH)

Abnahme der Schleppfinisher bei Rösler in Untermerzbach durch Jürgen Preiser, Johannes Schorr und Sebastian Schuberth (v.l.n.r.) (Bild: Rösler Oberflächentechnik GmbH)

 

Fertigungszellen mit je drei Anlagen

Ausgestattet ist das Werk auf der malaysischen Halbinsel bisher mit zwei Fertigungszellen. Für die Prozessschritte Vorschleifen mit Keramikschleifkörpern, Feinschleifen mit Kunststoffschleifkörpern und Trockenpolieren mit einem pflanzlichen Medium sind in jede Zelle drei Schleppfinisher integriert. Um auch bei Wartungsarbeiten die Prozesskette nicht unterbrechen zu müssen, kann in allen Anlagen der Trockenpolierprozess erfolgen und in vier der sechs Schleppfinishanlagen können sowohl der Trockenprozess, als auch die Nassbearbeitung erfolgen.

Höhere Produktivität durch ­optimierte Werkstückaufnahme

Die Maschinen verfügen über einen Arbeitsbehälter mit 1000 mm Durchmesser sowie ein Trägerkarussell für sechs Arbeitsspindeln. Sie sind mit teilespezifischen Werkstückaufnahmen ausgestattet, in denen die Femurteile so positioniert werden können, dass eine Bearbeitung nur an den definierten Bereichen stattfindet. Eine Optimierung der Aufnahmen ermöglicht, dass anstatt bisher zwei Femurteile nun drei Teile gespannt werden können und dennoch die hochwertige und allseitige Bearbeitung sichergestellt werden konnte. Dies ermöglicht uns, 18 Femurteile gleichzeitig zu bearbeiten, so Jürgen ­Preiser. Das entspreche einer Durchsatzerhöhung von knapp 50 Prozent und sei eine beacht­liche Steigerung.

Für den Schleif- beziehungsweise Polierprozess taucht das rotierende Trägerkarussell die an den ebenfalls drehenden Spindeln aufgespannten Werkstücke in die ruhende Schleifkörpermasse ein. Eine ­standardmäßige Eintauch-Tiefenregulierung gewährleistet dabei, dass die teilespezifisch festgelegte Eintauchtiefe genau eingehalten wird. Die Bearbeitungsintensität lässt sich durch die separaten und unabhängig voneinander einstellbaren Karussell- und ­Spindelantriebe optimal an die verschiedenen Femurteile anpassen. Die höhere Belastung durch den zusätzlichen Besatz der Spindeln mit jeweils einem zusätzlichen Femurteil erfordert natürlich auch, dass die gesamte Anlagentechnik inklusive der Antriebe für die höhere Performance vorbereitet ist. Dies ist bei Rösler-Anlagen im Standard der Fall, weshalb alle weiteren Bearbeitungsparameter inklusive der Eintauchtiefe der Werkstücke beibehalten werden und kürzeste Zykluszeiten erzielt werden können.

Schleifkörperüberwachung und -­aufbereitung sichern Ergebnis

Wichtige Prozessparameter, wenn es darum geht, die Reproduzierbarkeit der Bearbeitung sicherzustellen, sind das Füllvolumen und die Zusammensetzung der Schleifkörper im Arbeitsbehälter. Die Füllmenge im Arbeitsbehälter wird sowohl visuell als auch mit Sensoren überwacht und der Bediener erhält einen Hinweis, wenn eine Aktion erforderlich ist. Um die Bearbeitungsqualität zu sichern, hat sich das Unternehmen auch für das Schleifkörperaufbereitungssystem entschieden. In dieser, mit einer Siebstation ausgestatteten Anlage, werden die Keramik- und Kunststoffschleifkörper einmal wöchentlich gereinigt und alle unter einer definierten Größe aussortiert, beschreibt Jürgen Preiser.

Verbesserte Prozesssicherheit durch ­digitales Prozesswassermanagement

Für die Reinigung der ­Prozessflüssigkeiten aus den Nassbearbeitungsschritten Vor- und Feinschleifen der beiden ­Fertigungszellen hat Smith+Nephew in zwei vollautomatische Zentrifugen Z1000 investiert. Dies ermöglicht es dem Unternehmen laut Preiser, das Prozesswasser getrennt nach Keramik- und Kunststoffschleifkörpern ­aufzubereiten, wodurch Probleme, zum Beispiel durch Schaumbildung, vermieden werden können.

Außerdem ist in die Steuerungen der Zentrifugen das digitale Prozesswassermanagement von Rösler Smart Solutions integriert. Diese innovative, interaktive Monitoring-Lösung für die Prozesswasserreinigung und -aufbereitung ermöglicht die Überwachung, Erfassung und Auswertung von bis zu 14, individuell auswählbaren Prozessparametern, unter anderem Compound-Konzentration, pH-Wert und mikrobiologische Belastung. Die Soll- und Toleranzbereiche der relevanten Parameter werden in der Software hinterlegt und die jeweils gemessenen Ergebnisse eingetragen. Kommt es bei einem oder mehreren Parametern zu Abweichungen, wird dies angezeigt und das Personal erhält automatisch leicht verständliche und direkt umsetzbare Handlungsempfehlungen zu Maßnahmen, um das Prozesswasser wieder in den festgelegten Bereich zu bringen und damit die Produktqualität zu sichern. Durch diese digitale Lösung haben wir die Prozesswasseraufbereitung nicht nur besser im Griff, sie vereinfacht auch die Einarbeitung von Mitarbeitenden, die mit diesem Thema bisher keine Erfahrungen haben, erklärt Jürgen Preiser.

Zudem lassen sich durch die automatische Speicherung der Werte Veränderungen des Prozesswassers über einen längeren Zeitraum erkennen, sodass ein erforderlicher Wechsel entsprechend in den Betriebsablauf eingeplant werden kann. Einsparungen bei den Verbräuchen von Wasser und Compound können auf diese Weise ebenfalls realisiert werden. Die lückenlose Erfassung der Daten ist weiterhin hilfreich als Nachweis der Prozessqualität und -stabilität bei Qualitätsaudits und zu Dokumentationszwecken.

Text zum Titelbild: Für Implantate gibt es genaue Spezifikationen zur Oberflächengüte; so sind im Außenbereich der Femurteile homogene, sehr glatte und hochglanzpolierte Oberflächen nötig, was eine partielle Bearbeitung erfordert (Bild: Rösler Oberflächentechnik GmbH)

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