Temperaturstabil, bruchzäh, biokompatibel

Das Unternehmen OxiMaTec hat spezielle Hochleistungskeramiken zur spanenden Bearbeitung faserverstärkter Leichtbauwerkstoffe oder biokompatibler Kunststoffe entwickelt.

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Das Fräsen oder Bohren faserverstärkter Kunststoffe, beispielsweise beim Besäumen von Strukturbauteilen für den Flugzeugbau, geht mit einer sehr hohen Temperaturbelastung der Werkzeuge einher, der metallische Schneidwerkzeuge nicht lange standhalten können. Vollkeramische Zerspanungswerkzeuge aus einem speziellen Keramikwerkstoff von OxiMaTec hingegen heizen sich auch bei extremen Bedingungen nicht auf, die entstehende Wärme wird ausschließlich über den Span abgeleitet. Dadurch erhöht sich die Standzeit der Werkzeuge und infolgedessen die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitungsprozesse deutlich.

Schneidwerkzeuge aus vollkeramischen Rohlingen von OxiMaTec, die auf Zirkonoxid basieren, sind sehr leicht und erreichen ohne Belastung der Spindellager höchste Drehzahlwerte. Eine speziell entwickelte Spangeometrie sorgt für bisher nicht gekannte Vorschubwerte, eine optimierte Schneidengeometrie und ein exzellent ausgeführter Schliff für definierte Schnittkanten, die keiner Nachbearbeitung bedürfen. Mit vollkeramischen Kugelfräsern lassen sich übrigens auch erstklassige Bearbeitungsoberflächen mit Rauigkeiten von gerade einmal 0,8 Mikrometer (diamantbeschichtete Fräswerkzeuge: etwa 1,8 mm) erzeugen.

Diese Werte legen auch den Einsatz bei orthopädischen Operationen nahe. Als Knochenersatz werden häufig Titan bzw. Titanlegierungen verwendet, bei deren Bearbeitung ebenfalls hohe Temperaturdifferenzen auftreten. Vollkeramische Bohrer können auch hier für Funktionssicherheit und höchste Präzision garantieren, nicht nur für eine Bohrung, sondern für mehrere hintereinander – mit ein- und demselben Werkzeug.

Herausforderungen ganz anderer Natur sind bei der Bearbeitung biokompatibler Polymerwerkstoffe zu bewältigen, hier darf bei körperberührenden Teilen an der herausgearbeiten Kontur keinerlei Metallabrieb haften bleiben. Maßgebliche Eigenschaften für die Keramik, die das Stahl- bzw. Hartmetallwerkzeug ersetzen soll, sind mechanische Festigkeit und die Bruchzähigkeit. Bisher verfügbare keramische Spiralbohrer für dentaltechnische Arbeiten beispielsweise, die aus einem konventionellen tetragonal stabilisierten polykristallinen Zirkonoxid, dotiert mit Yttriumoxid, (Y-TZP) bestehen, weisen zwar eine hohe Festigkeit auf, ihre Bruchzähigkeit lässt jedoch zu wünschen übrig.

Die Werkstoffexperten von OxiMaTec haben eine andere Vorgehensweise erarbeitet, in deren Ergebnis sie eine sowohl hochfeste als auch bruchzähe Keramik erhalten. Sie lassen das Yttriumoxid über einen sogenannten Coating-Prozess eindiffundieren und kombinieren diese Methode mit einer „in situ“-Plättchenbildung (Strontium-Aluminium-Oxid bzw. Lanthan-Aluminium-Oxid). So ist es ihnen gelungen, eine Keramikformulierung zu finden, die eine Bruchzähigkeit von – sage und schreibe – mehr als 20 MPa m aufweist!

Eine weitere Überlegung der Entwickler bei OxiMaTec ist so simpel wie genial: Jeder Anwendungsfall verfolgt ein anderes Ziel und benötigt deshalb eine angepasste Geometrie. Der oben genannte Spiralbohrer eignet sich für das Umsetzen einer gewünschten Kontur bei biokompatiblen Kunststoffteilen. Für Bohrungen in Knochenmaterial hingegen wurde ein spezieller Dreikantbohrer entwickelt, weil er das Material nicht herausschneidet, sondern nur verdrängt und damit verdichtet. So lässt sich beispielsweise ein Implantat sicherer verankern.

Kontakt:

www.oximatec.de