17-4 PH Edelstahl Medizinische CNC-Bearbeitung | Zuverlässige 5-Achsen Wirbelsäule Chirurgische Instrumententeile
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Details zum Produkt
5Achsen CNC-Bearbeitung 17-4 PH Edelstahl Chirurgisches Instrument:
Bei Flow Wing Metal sind wir auf die CNC-Bearbeitung von hochpräzisen medizinischen Geräten, Luft- und Raumfahrtkomponenten und Industrieteilen spezialisiert. Unser Fachwissen in der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung ermöglicht uns die Herstellung komplexer, monolithischer Teile mit engen Toleranzen, die die Montage minimieren und die Zuverlässigkeit verbessern.
CNC-Ausrüstung bei Flow Wing Metal:
Unser Maschinenpark ist mit einer Reihe von CNC-Bearbeitungsmaschinen ausgestattet, um die unterschiedlichsten Teilegeometrien, Volumina und Toleranzen zu erfüllen.
Kunde: OS Medical (ISO 13485 zertifiziert, Deutschland)
Industrie: Medizinisches Gerät (Wirbelsäulenchirurgie)
Herausforderung: OS Medical benötigte ein Repositionsinstrument für Wirbelsäulenschrauben, das in der minimalinvasiven Wirbelsäulenchirurgie eingesetzt wird. Das Teil (150 mm Gesamtlänge, 12 mm maximaler Durchmesser)
vorgestellt:
Ein komplexer, ergonomischer Griff mit hinterschnittenen Fingerrillen.
Eine distale “Repositionslasche” mit einem präzisen rechteckigen Schlitz von 2,5 mm × 3 mm (Toleranz ±0,01 mm).
Ein kanülierter (hohler) Schaft mit einem 2,0 mm großen inneren Durchgangsloch.
Eine Ratschenschnittstelle, die einen Radius von 0,15 mm erfordert (scharfe Innenecken sind bei Standard-Kugelfräsern unmöglich).
Originelle Herausforderung:
Das Instrument wurde bisher als 3-Komponenten-Baugruppe hergestellt (separat bearbeiteter Griff, Schaft mit geräumter Nut, eingeschweißter Ratscheneinsatz).
Dies führte zu:
Hohe Arbeitskosten bei der Montage.
Schwachstellen an Schweißnähten (Gefahr von Spaltkorrosion nach der Sterilisation).
Inkonsistente Positionierung der Schlitze (±0,08 mm zwischen den Chargen), was zu einer schlechten intraoperativen Passform der Instrumente führt.
8 Wochen Vorlaufzeit.
Anfrage von OS:
Ein einteiliges, schweißfreies, monolithisches Instrument aus 174 PH Edelstahl (ausscheidungsgehärtet, hochfest, korrosionsbeständig), mit:
Keine Montage erforderlich.
Nuttoleranz ±0,01 mm (die Hälfte der vorherigen Toleranz).
Interne Ratschenfunktion mit 0,15 mm Wurzelradien (EDM oder 5Achsen-Bearbeitung).
Vorlaufzeit ≤ 4 Wochen für 200 Stück.
Die Flow Wing Metal-Ausführung:
Schritt 1: Materialauswahl und Vorbereitung der CNC-Bearbeitung
Material: Stabstahl aus nichtrostendem Stahl 174 PH, Zustand A (lösungsgeglüht - weicher für die Bearbeitung), dann nach der Bearbeitung auf den Zustand H900 gehärtet (Streckgrenze ≥ 1.170 MPa / 170 ksi).
Größe der Bar: Rohlinge mit 16 mm Durchmesser und 250 mm Länge.
Zertifizierung: Material rückverfolgbar nach ASTM A564 mit Werksprüfberichten (MTRs) und Überprüfung der Biokompatibilität (ISO 109935 Nicht-Zytotoxizität).
Schritt 2: CNC-Programmierung und Simulation
CAM-Software: Mastercam 2024 mit 5Achs-Simultanmodul.
Maschine: DMG MORI DMU 65 (5Achs-Bearbeitungszentrum mit 20.000 U/min Spindel, HSK63-Werkzeugaufnahme, Durchgangskühlmittel mit 70 bar/1.000 PSI).
Spanntechnik: Speziell angefertigte weiche Backen mit einer Schwalbenschwanzbefestigung für 5-seitigen Zugang.
Werkzeugwege:
Roughing: Hocheffizientes dynamisches Fräsen (trochoidale Werkzeugwege) mit einem 10 mm Hartmetallfräser mit 5 Schneiden.
Semifinishing: 6-mm-Kugelfräser (Kammhöhe 0,02 mm).
Endbearbeitung (Rillen/Schlitze): 1,5 mm Miniatur-Hartmetallfräser (7-schneidig, mit Einstich).
Ratschenfunktion: 0,5 mm konischer Kugelfräser (0,15 mm Eckenradius programmiert).
Internes Durchgangsloch: Tieflochbohren (2,0 mm Durchmesser, 120 mm Tiefe - L/D-Verhältnis 60:1), gefolgt von einer Hartmetallreibahle.
Schritt 3: Bearbeitungsprozess (5Achsen-Simultan-CNC-Bearbeitung)
Operation Werkzeugparameter Ergebnis:
- Plandrehen OD CNMG 432 Wendeschneidplatte (Drehen) 200 SFM, 0,1mm/Umdrehung 15,8mm Durchmesser
- Mittelloch bohren 1,8 mm Hartmetallbohrer 4.500 U/min, 0,025 mm/Umdrehung Vorbohrung
- Kanonenbohrer Durchgangsloch 2,0mm Kanonenbohrer (kühlmittelgespeist) 8.000 RPM, 0,02mm/Umdrehung 2,0mm +0,00/0,02mm
- Dynamisches Schruppen 10mm Schaftfräser 8.000 RPM, 2.000mm/min 80% Materialabtrag
- 5Achs-Griffschlichten 6mm Kugelkopffräser 12.000 U/min, 1.500mm/min Griffoberfläche RA 0,8µm
- Rechteckiger Schlitz (Reduktionszunge) 1,5 mm Schaftfräser (7-schneidig) 18.000 U/min, 400 mm/min 2,5 mm × 3,0 mm ±0,008 mm
- Ratschenfunktion 0,5 mm konische Kugel (0,15 mm rad) 22.000 U/min, 200 mm/min 0,15 mm Fußradius beibehalten
- Endgültige Durchgangsbohrung 2,0mm Hartmetall-Reibahle 2.000 U/min, 0,1mm/Umdrehung 2,0mm +0,005/0,000mm
Schritt 4: Wärmebehandlung und Endbearbeitung nach der Bearbeitung
Wärmebehandlung: Aushärtung auf H900 (480°C / 900°F für 1 Stunde, Luftkühlung). Erreichte Härte: 44 HRC (Zielwert 43-46 HRC).
Oberflächenbehandlung:
Elektropolieren: 30 Minuten in einem elektrolytischen Bad, um eine 0,01-mm-Schicht zu entfernen, was zu einer glänzenden, glatten (RA ≤ 0,2 µm) und passivierten Oberfläche führt. Dadurch wurden alle Grate des 0,5-mm-Ratschenwerkzeugs entfernt.
Passivierung: Anschließendes Zitronensäurebad, um die Wiederherstellung von Chromoxid zu gewährleisten (gemäß ASTM A967).
Inspektion:
CMM (Coordinate Measuring Machine) für die vollständige 5-Achsen-Maßkontrolle.
Bildverarbeitungssystem zur Überprüfung des Wurzelradius der Ratsche von 0,15 mm.
Optischer Komparator für Schlitztoleranz.
Oberflächenrauhigkeitsprofilometer (RA 0,18µm erreicht).
| Anforderung | Angegeben | Strömungsflügel Ergebnis | Bestanden/Nicht bestanden |
| Material | 174 PH H900 | 174 PH H900 (44 HRC) | Pass |
| Schlitztoleranz | ±0,010 mm | ±0,006 mm (Cpk 1,8) | Pass |
| Durchmesser des Durchgangslochs | 2,0 mm +0,01/0,00 mm | 2,003 mm Durchschnitt | Pass |
| Radius der Ratschenwurzel | ≤ 0,18 mm Radius | 0,152 mm Radius | Pass |
| Oberflächengüte (funktional) | RA ≤ 0,4 µm | RA 0,18 µm (elektropoliert) | Pass |
| Vorlaufzeit (200 Einheiten) | 4 Wochen | 3,5 Wochen | Pass |
| Stückkosten (im Vergleich zu einer 3-teiligen Montage) | ≤ 25% | 38% Ermäßigung | Pass |
CNC-Bearbeitung das Ergebnis:
Kosteneinsparungen: 38% niedrigere Stückkosten im Vergleich zur früheren 3-Komponenten-Baugruppe ($48 → $30 pro Gerät).
Verkürzung der Vorlaufzeit: Von 8 Wochen bis 3,5 Wochen für 200 Einheiten (ab Werk sterilisiert).
Verbesserung der Qualität: Nutenpositionierungstoleranz ±0,006mm gegenüber früher ±0,08mm (13× präziser). Keine Nacharbeit oder Ausschuss im Produktionslauf.
Verlässlichkeit: Keine Feldausfälle nach 24 Monaten (mehr als 3.500 chirurgische Anwendungen). Keine Spaltkorrosion, keine Schweißbrüche (es gibt keine Schweißnähte), und die elektropolierte Oberfläche reinigt sich bei der sterilen Verarbeitung schneller.
Klinisches Feedback: “Das einteilige Instrument fühlt sich solider an, greift die Pedikelschraube spielfrei und der ergonomische Griff reduziert die Ermüdung der Hand des Chirurgen um etwa 40%.” - Leitender Wirbelsäulenchirurg, Universitätsklinikum München
Zeugnis eines Kunden:
“Flow Wing Metal hat eine dreiteilige geschweißte Baugruppe in ein monolithisches 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsmeisterwerk verwandelt. Die 0,15-mm-Innenecke der Ratschenfunktion - erreicht mit einem 0,5-mm-Schaftfräser - ist der Grund, warum wir uns für Flow Wing Metal und nicht für fünf andere CNC-Bearbeitungsbetriebe entschieden haben. Sie verstehen etwas von medizinischer Qualität.”
