Oppervlakte-afwerking van schedelimplantaten geproduceerd door 3D-printing

Een Renishaw implantaat in het Rösler centrifugale systeem. (Renishaw, 2017)
Rösler centrifugaal gepolijste schedel plaat. (Renishaw, 2017)
Renishaw schedelplaat komt in alle verschillende vormen en maten voor. (Renishaw, 2017)

RENISHAW-schedelimplantaten krijgen de juiste eindafwerking met een glijslijpsysteem van RÖSLER

- door Daniel O’Connor, Renishaw (uit het Duits vertaald door Peter Post Uiterweer)

De medische en tandheelkundige afdeling van Renishaw heeft - met behulp van een door Rösler ter beschikking gestelde machine technologie - een drastische verlaging van de productietijd voor het glad maken en polijsten van schedelimplantaten kunnen realiseren. De geprinte implantaten zijn patiënt-specifiek. Dit geldt met name voor ingebrachte schedelplaten van Renishaw, waarvan de printkwaliteit in het algemeen door de vakwereld op het gebied van 3D-printing wordt erkend. De CT scan-to-CAD software die gebruikt werd voor de productie heeft meerdere prijzen gewonnen. Er is al veel geschreven over de CT scan-to-CAD methode en over hoe titanium poeder van LPW in de additive manufacturing (AM) machines bij Renishaw voor de productie van deze ‘levensreddende’ componenten wordt ingezet. Er is echter tot nu toe nog relatief weinig gerapporteerd over de uitzonderlijk hoge oppervlaktekwaliteit die voor deze implantaten nodig is.
De neurochirurg, Bartolome Oliver, gespecialiseerd in het uitvoeren van dergelijke operaties, had een gesatineerd mat oppervlak van de implantaten nodig om de schedelplaat van de patiënt nauwkeuring over te laten gaan in de bestaande schedelcontouren. Andy Wescott, applicatietechnicus bij Renishaw, kreeg opdracht een kosteneffectief, reproduceerbaar proces te ontwikkelen voor de oppervlaktebehandeling van schedelimplantaten, waardoor zowel een matte- als een glansafwerking direct vanaf het ruwe product mogelijk zou zijn.

"Traditioneel gezien was het realiseren van een lage ruwheidswaarde op het oppervlak van deze onderdelen na de productie erg manueel en tijdrovend," zei Wescott. De "post-proces" tijd voor een grote schedelplaat was minimaal vijf uur. We moesten die tijd en de hoeveelheid handmatige input verminderen omdat, als een operator aan een deel heeft gewerkt en een seconde zijn concentratie verliest, hij een gat brandt in het implantaat en dan heb je een dure hoop schroot gemaakt."

Voor de oplossing hoefde het wiel niet opnieuw te worden uitgevonden. Er moest enkel een doorontwikkeling van een bewerkingsproces plaatsvinden en een Rösler-glijslijpmachine worden gebruikt. De kwaliteit van werkstukken geproduceerd met additieve productieprocessen is nu zo goed, dat ze net als alle andere metalen werkstukken kunnen worden verwerkt. Rösler heeft al ruim 80 jaar ervaring in de oppervlaktebewerking/-behandeling en heeft daardoor een  uitgebreide knowhow op het gebied van het slijpen en stralen van oppervlakken van werkstukken van kunststof, steen, hout en metaal. Aangezien de werkstukken uit een AM-proces relatief ruw zijn, kan Rösler zijn vele jaren ervaring op het gebied van oppervlaktetechnologie toepassen. Daarom heeft Andy Wescott's afdeling besloten een centrifugale slijpmachine type FKS 04 van Rösler te gebruiken voor het slijpen en polijsten van hun geprinte onderdelen.
Met dit nieuwe proces vereisen de schedelimplantaten, die in een Renishaw AM250 worden geproduceerd, slechts minimale handmatige handelingen om de supports te verwijderen en het oppervlak licht voor te slijpen met een lamellen slijpschijf voordat ze in de Rösler centrifugaal slijpinstallatie worden geplaatst. Na een 3-staps bewerkingsproces hebben de onderdelen een extreem glad oppervlak. Over het geheel genomen is het aandeel handarbeid verlaagd van vijf uur naar minder dan een uur.
Renishaw heeft haar eigen technische knowhow ingebracht om ervoor te zorgen dat het nieuwe bewerkingsproces absoluut reproduceerbare resultaten produceert. De verklaring van Andy Wescott:

"We hebben een houder ontwikkeld die onze werkstukken nauwkeurig in de mechanische slijpmachine positioneert. In tegenstelling tot de normale toepassing bewegen de delen zich niet vrij in de slijpmassa maar worden ze in een vooraf bepaalde positie in drie verschillende soorten procesmedia ondergedompeld. Specifieke delen van het werkstukoppervlak moet worden  beschermd tegen het slijpmedium. Om dit te bereiken hebben we een houder ontwikkeld die alleen die gebieden in de slijpende massa houdt, die moet worden gepolijst en glad gemaakt."

Hoewel er nog geen universele oppervlakteverwerkingsmethode voor additieve productieprocessen is ontwikkeld, heeft Renishaw aangetoond dat innovatieve oplossingen mogelijk zijn. Net als bij het additief productieproces zelf, hangt de oppervlakte afwerking in hoofdzaak af van de aanpassing van bestaande bewerkingen aan individuele toepassingen.

"De oppervlaktebehandeling voor 3d geprinte onderdelen staat nog in de kinderschoenen, maar ik denk dat het absoluut verkeerd is om additieve fabricage als een zelfstandige productietechnologie te beschouwen", aldus Ed Littlewood, marketing directeur van de medische en tandheelkundige afdeling van Renishaw. Hij voegt toe: "Kijk bijvoorbeeld naar het freesproces. We hebben deze bewerkingsmethode al jarenlang in gebruik en het is vanzelfsprekend dat er voor dit proces passende ontbraam- en anodiseer- alsook andere afwerkingsprocessen beschikbaar zijn. Net als bij frezen moeten we betrouwbare bewerkingsprocessen ontwikkelen die aansluiten bij de additieve fabricage methode."