Während die Industrie sich bislang auf die Funktionsverbesserung von PE konzentriert hat, liegt der Entwicklungsfokus nun auf Nachhaltigkeit, Wiederverwertung und CO2-Einsparung.

Eine der wichtigsten Anwendungen für PE-HD sind schlagbeständige Rohrleitungen. Hier ersetzt langlebiges Polyethylen weniger zuverlässige Werkstoffe wie Gusseisen oder Beton  

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Polyethylen (PE)

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe.de

Polyethylen

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Polyethylen, ultrahoch-molekulares

Standardkunststoffe

Polyethylen-Platten

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Polyethylen-Halbzeug

Statt Funktion Nachhaltigkeit im Fokus

Auf der Messe stellt der Kunststoffdistributor Dreyplas Anwendungsmöglichkeiten des ultrahochmolekularen Polyethylens (PE-UHMW) Lubmer von Mitsui Chemicals vor.

Bei tribologischen Anwendungen ist das PE-UHMW eine Alternative zu technischen Kunststoffen wie PPS, POM, PA und PBT

Messe Fakuma

Spritzgießbares PE-UHMW

Wo steht der Hightech-Werkzeugbau im Herzen Europas? Um eine Antwort auf diese Frage zu finden, hat die WBA zusammen mit mehreren branchenaffinen Partnern exemplarisch den Werkzeugbaumarkt in Österreich analysiert und diesen mit den Leistungskennzahlen deutscher und chinesischer Werkzeugbaubetriebe verglichen.

Sensorik für Werkzeugmaschinen

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die spanende Fertigung

Automatisierungszellen

Automatisierungstechnik

Energie- und Kostenmanagement

Energieeffizienz

Werkzeuge für die Massivumformung

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

5-Achs-Bearbeitungszentren

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Bearbeitungszentren

Workflow- / Prozessmanagement

Qualitätssicherung

Roboter für Werkzeugmaschinen

Handling, Handhabungstechnik

Werkzeug- und Formenbau

Spritzgießwerkzeuge

Wirtschaft

Qualitätsmanagement

Personalmanagement

Produktion

Werkzeugbau

Mold Making in Austria

Die antibakterielle und antivirale Ausrüstung von Textilien und Kunststoffen steht im Fokus von Forschung und Entwicklung. Die Ostthüringischen Materialprüfgesellschaft für Textil- und Kunststoffe mbH (OMPG) konnte die entsprechende Prüfmethode jetzt vereinfachen.

Additive

Qualitätssicherung Kunststoff

Medizinprodukte

Medizintechnik

Chemische, biochemische Werkstoffprüfung

Messtechnik

Werkstoffprüfung

OMPG vereinfacht Prüfungen auf antivirale Wirksamkeit

Trüben Konjunkturprognosen zum Trotz hat das Familienunternehmen Hoefer & Sohn im 143. Jahr in Fürth einen Neubau eingeweiht und damit seine Flächen in Kunststoffverarbeitung und Werkzeugbau verdoppelt.

 Dr. Christoph Badock, Geschäftsführer  von Hoefer & Sohn: „Wir formen Zukunft“ 

Hoefer & Sohn stellt bei der Einweihung eines zweiten Standorts neue Projekte vor

Doriat, Clemens, Dr.

Medizintechnik (KU)

Kunststoffverarbeitung

Lohnfertigung

Einstieg in die Medizintechnik

Ein Pharma-Unternehmen entwickelt eine Inhalationstherapie zur Behandlung von Lungenerkrankungen und das passende Produkt zur Verabreichung des Medikaments gleich dazu. Der Inhalator hat ein komplexes Innenleben und besteht aus 14 Bauteilen.

Für seinen komplexen Funktionsmechanismus benötigt der Inhalator 14 Bauteile

Glittenberg liefert Werkzeuge für lebenswichtiges Medizinprodukt an Celon Pharma

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Heißkanalsysteme

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Kunststoff im Dienste der Medizin

Mit sofortiger Wirkung hat die Multivac Gruppe einen neuen Executive Vice President Manufacturing ernannt, der die Fertigung der Unternehmensgruppe leitet und gleichzeitig die Geschäftsführung zweier Tochtergesellschaften übernimmt.

Personen

Kunststoff-Verpackungsmaschine

Sondermaschinen

Führungswechsel bei der Multivac-Gruppe

Generell sind die Vorgaben in der Medizintechnik streng. Über welche grundsätzlichen Eigenschaften ein Kunststoffmaterial jedoch verfügen muss, um für Medizinprodukte geeignet zu sein, bleibt oft unklar. Das stellt Firmen bei der Auswahl der Materialien vor große Probleme. Im Rahmen eines VDI-Ausschusses haben nun Medizintechnikhersteller, Verarbeiter und Werkstoffproduzenten gemeinsam eine Richtlinie für Kunststoffe in medizinischen Geräten und Hilfsmitteln entwickelt

Kunststoffe kommen zwar in sehr vielen medizinischen Hilfsmitteln und Geräten zum Einsatz, verbindliche Vorgaben, welche Anforderungen sie in der Medizintechnik erfüllen müssen, gibt es bisher allerdings noch nicht

VDI-Richtlinie definiert erstmalig „Medical Grade Plastics“

Kunststoffe

Photonik

Optik

Normen / Standards

Recht allgemein / sonst.

Normen

Seminare, Schulungen, Kongresse

Medical Grade Plastics

Das sogenannte Arburg Kunststoff-Freiformen ist zur Herstellung additiv gefertigter Bauteile für die Medizintechnik prädestiniert. Die zugehörigen additiven Fertigungssysteme des Typs Freeformer verarbeiten Kunststoffgranulate, wie sie auch im Spritzgießen eingesetzt werden. Das macht die offenen Systeme sehr wirtschaftlich im Einsatz. Unter anderem lassen sich auch biokompatible, resorbierbare und sterilisierbare sowie FDA-zugelassene Originalmaterialien verarbeiten. Das eröffnet neue Möglichkeiten, auch im Humaneinsatz.

Im AKF-Verfahren lassen sich resorbierbare Originalmaterialien wie z. B. knochenähnliche Platten-Implantate fertigen. Sie werden nach und nach durch körpereigenes Gewebe ersetzt.

Hersteller von Medizinprodukten verarbeiten Originalmaterialien mit dem Freeformer

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Anlagen für die Additive Fertigung

Biokunststoffe

Additive Fertigung

Werkstoffe für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Arburg Kunststoff Freiformen

Verfahren für die additive Fertigung

Freiraumverfahren

Neue Möglichkeiten für  den Humaneinsatz

Seit Juni 2019 haben Daniel Wild und Tobias Wild jun. die Geschäftsleitung der Wild & Küpfer AG inne. Die Hoheit über die Finanzen hat Vater Tobias Wild, einer der beiden Unternehmensgründer, behalten. Was hat die jüngere Generation vor, was treibt sie an? Wir haben nachgefragt.

Das familiengeführte Schweizer Hightech-Unternehmen hat seine Reinraumkapazitäten  mit einem Erweiterungsbau zuletzt verdreifacht

Was Wild & Küpfer nach der Stabübergabe an die zweite Generation plant

Reinraumsysteme / -technik

Montageeinrichtungen

Montagetechnik

Unternehmensstrategie

An akutem Lungenversagen leidende Patienten werden unter anderem mit der extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO) behandelt. Wissenschaftler des Fraunhofer IAP, Potsdam, arbeiten an einer Methode, dieses Verfahren schonender zu gestalten. Dafür setzen sie auf Polymer-Membranen.

Silikone

Atmen per Membran

Bei der Herstellung von Kunststoffteilen für die Medizin- und Pharmaindustrie werden die Anforderungen an die Reinraumumgebung immer strenger. In diesem Bereich steigt nicht nur die Nachfrage nach vollelektrischen Spritzgießmaschinen. Auch für die Umsetzung von Werkzeugbewegungen wird verstärkt auf elektrische Antriebe gesetzt, die den hohen Anforderungen an die Reinheit und Zuverlässigkeit gerecht werden.

Bild 1. Lösungen für elektrische Werkzeugbewegungen, hier am Beispiel eines 72+72-fach Etagenwerkzeugs für die Verschlusskonus-Produktion

Elektrische Antriebe in Spritzgießwerkzeugen

Elektrische Antriebe

Antriebe

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Prozessautomation

Mess-, Steuer- und Regelgeräte

Echtzeit-Prozessüberwachung in Reinraumumgebungen

Viele Branchen treibt die Suche nach Materialien für gestiegene Leistungsanforderungen und verbesserte Kosteneffizienz an. Gleichzeitig rücken gesellschaftliche und ökologische Trends in den Vordergrund. Dazu zählen die Reduzierung der CO2-Emissionen und die Unterstützung einer alternden Bevölkerung. Wegen seiner Eigenschaften kommt dafür immer öfter der Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon zum Einsatz.

In kryogenen Anwendungen kann PEEK Fluorpolymere ersetzen. Advanced Engineering Valves nutzt ein PEEK von Victrex etwa für Dichtungen in Kugelventilen, die bei der Verflüssigung von Erdgas verwendet werden  © Advanced Engineering Valves

Polyetheretherketon (PEEK): Leistungssteigender Ersatz für Metalle und andere Polymere

Elektronik-Fertigung

Elektronik

Polyetherketon

Mikroelektronik

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Hochleistungskunststoffe

Effizient auch in rauen Umgebungen

Styrol kann auf verschiedene Arten polymerisiert und mit unterschiedlichen Comonomeren modifiziert werden. Die dadurch entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und lassen sich somit gezielt auf bestimmte Anwendungen zuschneiden. Aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften sind sie für viele Branchen geeignet. Besonders in der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Verpackungsbranche sind Styrolkunststoffe gefragt.

Im Exterieur von Fahrzeugen kommen häufig Styrol-Copolymere zum Einsatz. Der chinesische Hersteller Lixiang verwendet etwa ein ASA für den Kühlergrill seiner Elektrofahrzeuge 

Styrol-Copolymerisate: Durch ansprechende Optik und mögliche Transparenz punkten

Verpackungsmaterial

Logistik

Automotive

Polystyrol

Technische Kunststoffe

Styrol-Copolymerisate

Vielfältig in Form und Anwendung

Leichtbau, Funktionalität und Design prägen die Materialentwicklung in den Einsatzgebieten von Polycarbonat-Compounds, -Composites und -Folien. Große Chancen bestehen in der Mobilität der Zukunft, im Strukturleichtbau mit endlosfaserverstärkten Composites, in der 5G-Technologie und der Medizintechnik.

Bei Elektrofahrzeugen entfällt die ursprüngliche Funktion des Kühlergrills, die Luftzufuhr zum Motor. Er kann deshalb vollständig als Designelement genutzt werden, etwa durch die Integration von leuchtenden Logos und Fade-out-Effekten

Polycarbonat (PC): Aufregende Designs durch hohe Oberflächenqualität und neue Verfahren

Recycling

Umweltmanagement

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Polycarbonat

Werkstoff für viele Trends

Optimierte Zerspanung von PE-UHMW durch superkritische CO2-Kühlung

Untersuchungen zu den Auswirkungen der superkritischen CO2-Kühlung auf das Fräsen von ultrahochmolekularem Polyethylen zeigen eine deutliche Verringerung der Grate, verbesserte Werkstückgenauigkeit und bessere Oberflächenqualität.

Das Kompetenzzentrum für Spanende Fertigung (KSF) der Universität Furtwangen hat Untersuchungen zu den Auswirkungen der superkritischen CO2-Kühlung auf das Fräsen von ultrahochmolekularem Polyethylen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Verringerung der Grate, verbesserte Werkstückgenauigkeit und bessere Oberflächenqualität. Diese Faktoren könnten das manuelle Entgraten stark reduzieren oder sogar überflüssig machen.

Ultrahochmolekulares Polyethylen (PE-UHMW) ist ein in der medizinischen Orthopädie häufig verwendetes Material, dessen haltbare, reibungsarme Oberfläche als Spacer für Knie-, Hüft- und Schulterimplantate verwendet wird. Ein Kunststoff-Spacer ist der elastische Teil eines künstlichen Kniegelenks. Er bildet zusammen mit der Metallkomponente der Knieprothese im Oberschenkel eine Gleitpaarung.

Bei der Bearbeitung von PE-UHMW durch herkömmliches Fräsen entstehen Grate, die oft in einem zweiten Prozess manuell entfernt werden müssen. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient dieses Materials mehr als zwölfmal so hoch ist wie der von Stählen, ist die Überwachung der Bearbeitungswärme von entscheidender Bedeutung, um die für Implantate erforderlichen engen Toleranzen und hohen Maßgenauigkeiten zu erreichen.

Am KSF wurden Untersuchungen mit verschiedenen Schnittparametern durchgeführt, die sich mit den Auswirkungen der superkritischen CO2-Kühlung auf den Fräsprozess mit einer 5-Achs-Fräsmaschine (Typ: Mikron Mill S 400 U; Hersteller: GF Machining Solutions GmbH) befassen. Die Maschine ist ausgestattet mit einer Spindel StepTec 42k, einem scCO2-Zuführsystem (Typ: Pure-Cut+; Hersteller: Fusion Coolant Systems) und verschiedenen Fräswerkzeugen wie einem einschneidigen 3-mm-Schaftfräser für das Nutfräsen und einem 6-mm-Kugelkopffräser für das Fräsen eines Kniespacers.

PE-UHMW kann trocken gefräst werden, um das Eindringen von Verunreinigungen und die Aufnahme von Feuchtigkeit, insbesondere bei medizinischen Anwendungen, zu vermeiden. Die Nutbearbeitung wurde „trocken“ für eine Nutbreite von 3 mm und eine Tiefe von 6 mm durchgeführt. Eine mikroskopische Aufnahme zeigt den Ein- und Austrittskanal nach dem Vorschruppen beim Trockenfräsen und die daraus resultierende Gratbildung (Bild 1).

Superkritisches CO2 mit Minimalmengenschmierung

Für die weiteren Versuche wurde ein Zuführsystem des Typs Pure-Cut+ mit Minimalmengenschmierung (MMS) in die Mikron Mill S integriert. Dieses System ist in der Lage, superkritisches Kohlendioxid (scCO2) mit einem Druck von bis zu 110 bar bereitzustellen. Das scCO2 wird mit der MMS durch die Spindel geführt, wobei das sich schnell ausdehnende scCO2 über kleine Öffnungen im Werkzeughalter auf die Schneidkanten des Fräsers gelenkt wird.

Dem scCO2 wurde der Kühlschmierstoff (Sentos V-LR15 von HPM Technologie) mit einer Durchflussrate von 0,1 bis 0,25 ml/h zugeführt. Dieses spezielle Schmiermittel ist für die Verwendung bei medizinischen Produkten validiert, da es bei Raumtemperatur verdampft, ohne Rückstände auf der gefrästen Oberfläche zu hinterlassen. Bei Bearbeitungen mit scCO2 konnte eine deutliche Reduktion der Gratbildung gegenüber der Referenzbearbeitung (Trockenfräsen) festgestellt werden (Bild 2).

Mithilfe einer Bildverarbeitungssoftware wurden anhand der Bilder 1 und 2 die Gratflächen berechnet und die in den beiden Prozessvarianten erzielten Ergebnisse einander gegenübergestellt (Bild 3). Vergleicht man die Gratfläche bei der Trocken- und der scCO2-Fräsbearbeitung, so stellt man fest, dass sich die Gratbildung mit superkritischem Kohlendioxid um etwa 95 % verringert.

In der Studie wurde auch die Oberflächenrauheit (Rz) der Nutflanke betrachtet. Während des Schruppvorgangs wurde bei der Bearbeitung mit scCO2 eine um ca. 30 % geringere Rauheit als bei der Trockenbearbeitung festgestellt (Bild 4).

Im nächsten Versuchsschritt wurde ein Knie-Spacer durch 5-Achs-Fräsen sowohl trocken als auch unter scCO2-Bedingungen mit definierten Vorschrupp-Parametern (Bild 5) bearbeitet. Im Bild ist auch die übermäßige Gratbildung, verursacht wahrscheinlich durch Materialaufschmelzung während des Schneidprozesses, sowie eine schlechte Oberflächenqualität beim Trockenfräsen, erkennbar. Eine sehr geringe Gratbildung und eine saubere Werkstückoberfläche mit detaillierten Fräskonturen sind hingegen das Ergebnis des scCO2-Fräsens (Bild 5).

Es erscheint wahrscheinlich, dass die scCO2-Technologie ein stabiles, wiederholbares Bearbeitungsverfahren für PE-UHMW ermöglichen könnte, das zu einer wesentlich höheren Oberflächengüte und zu deutlich weniger Graten führt. Das manuelle Entgraten könnte so stark reduziert oder sogar überflüssig werden. Am KSF sind weitere Versuche geplant, bei denen der Einfluss verschiedener Werkzeuggeometrien sowie Variationen von Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit auf die Oberflächenrauheit und Gratbildung untersucht werden sollen.

GF Machining Solutions GmbH  

https://www.gfms.com

Ausgabenartikel KU04-22

Beim Fräsen wird das scCO2, versetzt mit einem medizinisch validierten Kühlschmierstoff, mittels Minimalmengenschmierung durch die Spindel geführt und über kleine Öffnungen im Werkzeughalter auf die Schneidkanten des Fräsers gelenkt.

Bild 1. Übermäßige Gratbildung am Ein- und Austritt der Nut beim Trockenfräsen.

Bild 2. Minimale Gratbildung am Ein- und Austritt der Nut beim scCO2 -Fräsen.

Bild 3. Rechnerisch verringert sich die Gratbildung beim CO2-Fräsen um etwa 95 %.

Bild 4. Auch bei der Oberflächenrauheit der geschruppten Nutflanken schneidet die scCO2-Bearbeitung deutlich besser ab.

Bild 5. Vergleich zwischen Gratbildung und Oberflächenqualität von Knieabstandshaltern (Gleitflächen), die durch 5-Achs-Fräsen unter trockenen und scCO2-Bedingungen hergestellt wurden.

Name - Hauptartikel

Prof. Dr. Bahman Azarhoushang ist seit 2013 Leiter des KSF; <a href="mailto:ksfinfo@hs-furtwangen.de">ksfinfo@hs-furtwangen.de</a>

Erik Poulsen ist seit 2018 Leiter des Marktsegments Medizintechnik bei GF Machining Solutions; <a href="mailto:erik.poulsen@georgfischer.com">erik.poulsen@georgfischer.com</a>

Die Autoren bedanken sich bei der Georg Fischer AG, die die 5-Achs-Fräsmaschine Mikron Mill S 400 U zur Verfügung gestellt und die Untersuchungen unterstützt hat, bei der Linde GmbH für die technischen Gase sowie bei der Rego-Fix AG und der Gühring KG, die die Werkzeugaufnahmen bzw. die Werkzeuge zur Verfügung gestellt haben.

Das Kompetenzzentrum für Spanende Fertigung (KSF) ist Teil der Hochschule Furtwangen, einer der führenden Hochschulen mit Forschung und Lehre für Medizintechnik in Deutschland. Das KSF beschäftigt sich seit mehr als 25 Jahren mit den Herausforderungen bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe und den steigenden Anforderungen an die Effizienz und Genauigkeit der spanenden Bearbeitung. Es verfügt nicht nur über einen gut ausgestatteten Maschinenpark und Messgeräte, sondern auch über einen Stab von Doktorand(inn)en und Masterstudent(inn)en, die sowohl in der Grundlagenforschung als auch in von der Industrie geförderten Projekten Fertigungsverfahren entwickeln und verbessern. www.kompetenzzentrumfuerspanendefertigung.de