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PRESSE-INFO (September 2004)
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erbeten an die GTS und an:
MM Mertig Marktkommunikation
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Telefon: 089/1266690 Fax: 089/12666915
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Beschichtungsanlagen nach Maß erschließen
neue industrielle
Anwendungen
Für anspruchsvolle Oberflächenbehandlung
zwei Technologien vereint
Die moderne Oberflächentechnik ist gekennzeichnet durch eine
Vielzahl von Beschichtungsverfahren. Sie fängt beim einfachen
Farbanstrich an, um eine Oberfläche optisch zu verschönern und endet mit
komplexen Schichtsystemen. Thermische Spritzver- fahren werden durch die
Energiequellen, welche der Aufschmelzung von Schichtwerkstoffen dienen,
charakterisiert. Für hochwertige Schichten eignet sich besonders das
Plasmaspritzen. Hierbei wird ein Gasgemisch, beispielsweise aus Argon,
Wasserstoff und Helium, durch einen Hochenergie-Lichtbogen in der
Plasmaspritzpistole erhitzt und ionisiert. Das bis zu 20.000 °C heiße
Gas dehnt sich stark aus und kann beim Verlassen der Düse mehrfache
Schallgeschwindigkeit erreichen. In diesem hochenergetischen
Plasmastrahl wird pulverförmiger Beschichtungswerkstoff geschmolzen und
auf der Werkstückoberfläche abgeschieden. Nach Art der Erzeugung wird
zwischen Gleichstrom (kurz: DC-Direct Current)- und Induktions (kurz:
IC-Inductively Coupled)-Plasmaspritzen unterschieden, wobei man „IC“
auch als Hochfrequenz (HF) bezeichnet. Zusätzlich hängt die Namensgebung
von den Umgebungsbedingungen ab, unter denen der Plasmafreistrahl
betrieben wird. Für das Vakuum-Plasmaspritzen (VPS) steht seit Neuestem
eine Beschichtungsanlage zur Verfügung, die beide der oben genannten
Technologien in sich vereint. Durch die Kombination von DC- und
HF-Plasma lassen sich vor allem für Lohnbeschichtungsunternehmen neue
Märkte erschließen.
Know-how aus der Medizintechnik steckt im Gerätebau
Das 1989 von Dr. Heiko Gruner gegründete Unternehmen Medicoat AG mit
Sitz im schweizerischen Mägenwil beschäftigt sich von Anfang an mit dem
Beschichten von Prothesen. Etwa 20.000 Teile werden jährlich für die
verschiedensten Auftraggeber bearbeitet. Allein im Bereich der
Hüftgelenke gibt es weltweit rund 800 Hersteller. In diesem sensiblen
Tätigkeitsfeld kommt es auf absolute Sauberkeit und höchste Präzision
an. Die beschichtete Oberfläche zementlos implantierter Endoprothesen
muss einen stoffschlüssigen Verbund zwischen Implantat und Knochen
ermöglichen. Alle Kriterien für eine langzeitstabile Integration sind
dann erfüllt, wenn die Formgebung der Prothese den Gesetzen der
Biomechanik entspricht, nur biokompatible Materialien verwendet werden
und eine im Vakuum-Plasma-Spritzverfahren aufgebrachte
Titan/Hydroxylapatitschichtkombination (Ti/HA) ein rasches und
dauerhaftes Einwachsen der Knochenzellen sichert. Knochenzellen
verankern sich besonders gerne in strukturierten Oberflächen, deren
Rauhigkeit und Offenporigkeit im Bereich von 100 bis 400 µm liegen. Die
Kerbempfindlichkeit von Titan-Legierungen verbietet jedoch eine so
starke Aufrauhung des Prothesenkörpers selbst, beispielsweise durch
Sandstrahlen. Hier bietet sich das Plasmaspritzen als
Beschichtungsverfahren und Titan (Ti) als Schichtwerkstoff an. Für
besonders haftfeste, duktile und chemisch reine Schichten dieses
oxidationsempfindlichen Metalles ist das Vakuum-Plasma-Spritz
(VPS)-Verfahren erforderlich, wobei sich die Strukturierung der
Spritzschicht durch die Feinabstimmung des Spritzpulvers und der
Strahl-Energie ergibt. Mit geeigneten Pulverkörnungen wird auf die nur
leicht sandgestrahlte Prothesenoberfläche zunächst eine dichte
Ti-Haftschicht gespritzt, gefolgt von einer sehr rauhen Ti-Struktur mit
einer dünnen HA-Deckschicht. Diese Schichtkombination bietet den
Knochenzellen idealen Freiraum zum Einwachsen, ohne dass die
Dauerstabilität des Implantates beeinträchtigt wird. Die optimale
Rauhigkeit der Ti/HA-Schichtkombination wird dabei der Beschaffenheit
des jeweils umgebenden Knochens angepasst.
Bereits Mitte der 80er Jahre, bevor er sein eigenes Unternehmen
gründete, begann Dr. Heiko Gruner mit der Optimierung eines
Beschichtungssystems für Hüftgelenke. In enger Zusammenarbeit mit einem
führenden Implantathersteller wurde die VPS-Technologie verfeinert,
welche die Grundlage für die späteren Aktivitäten der Medicoat AG sein
sollte. Das inzwischen erworbene Know-how dieser anspruchsvollen
Anwendung der thermischen Spritztechnik wiederum bildete die Basis für
die Beschichtungsanlagen, die Medicoat jetzt fertigt – ganz nach Maß und
abgestimmt auf die jeweiligen Bedürfnisse der Kunden. „Schon in meinen
Jugendjahren lernte ich, dass Kenntnisse zu erarbeiten sind, bevor sie
in die Praxis umgesetzt werden“, erinnert sich Dr. Gruner. „Ich baute
mir ein Elektronenmikroskop. Und da man mit Elektronen nur leitfähige
Oberflächen betrachten kann, waren die Kohleverdampfung, und später die
Goldzerstäubung wichtige Beschichtungsverfahren, die mich gefangen
nahmen und mir Erfolg in der praktischen Anwendung vermittelten.
Schichten haben mich seither nicht mehr los gelassen.“
Visualisierung über den gesamten Prozess
Anspruchsvolle Anwendungen wie das Beschichten von Oberflächen in
der Medizintechnik erfordern anspruchsvolle Anlagen. Diese unterliegen
bei Medicoat einem ständigen Optimierungsprozess, wobei alle Komponenten
beziehungsweise das gesamte Umfeld mit einbezogen werden. Bereits in den
90er Jahren entstand ein Konzept mit zentraler Steuerung. Kernstück ist
ein leistungsfähiger Personal Computer, welcher direkt mit der
speicherprogrammierbaren Steuerung kommuniziert. Sie ist für die
konstant-Regelung aller Prozessparameter verantwortlich. Die
Prozessvisualisierung, die Speicherung aller schichtrelevanten Daten und
ihre bildliche Dokumentation sind darin integriert. Damit werden
Qualität und Reproduzierbarkeit der Schicht garantiert und der
Dokumentation des Prozessablaufs zugeordnet.
Volumetrisches Pulverfördersystem für Plasma-, Flamm- und
HVOF-Anwendungen
Eine der wichtigen Komponenten, die Medicoat entwickelt und
produziert, sind Pulverförderer. Sie lassen sich an jede thermische
Spritzanlage anpassen und funktionieren nach dem volumetrischen
Regelprinzip, unterstützt von einem permanenten Wägeprozess mit Hilfe
einer schwingungs-unempfindlichen Waage. Die Pulverdosierung erfolgt
kontinuierlich zunächst auf einem rotierenden Teller und von dort direkt
in den Trägergasstrom. Kennzeichen der Medicoat-Förderer ist die
Entkopplung der Transportparameter von den Injektionsbedingungen. Damit
kann der Pulverstrom auf mehrere Leitungen verteilt werden, was die
Pulverausnutzung im Spritzprozess signifikant steigert. Das Fördersystem
Quattro beispielsweise ist ausgelegt für einen Materialbezug aus bis zu
vier Behältern – gleichzeitig oder nacheinander.
Offene Systemtechnik fördert Partnerschaft
Bei der Herstellung schlüsselfertiger Beschichtungsanlagen
entscheidet der Kunde, welche systemspezifischen Eigenschaften zu
erfüllen sind. Auf einer absoluten Vertrauensbasis arbeitet Medicoat mit
den Anwendern zusammen, um Maschinen mit entsprechendem Zubehör liefern
zu können, die exakt auf die Wünsche des Unternehmens abgestimmt sind.
„Für neue, industrielle Applikationen oder für die Modernisierung
bestehender Anlagen ist es notwendig, möglichst viele Kenngrößen
messtechnisch zu erfassen, damit sich alle schichtrelevanten Parameter
konstant regeln lassen“, erläutert Dr. Heiko Gruner. „Dabei bringen wir
unser spritztechnisches Know-how in die gemeinsam entwickelte Anwendung
ein und übertragen alle Ergebnisse mit der Lieferung auf unsere Kunden.
Das verstehen wir unter offener Systemtechnik.“ Mit dem Eintritt seines
Sohnes Philipp Gruner im November 2003 wurden die Weichen für erweiterte
Aufgabengebiete innerhalb des Unternehmens gestellt. Der 29-jährige
Werkstoffingenieur bringt wertvolle Erfahrungen aus dem Bereich der
Biokeramiken mit. Er widmet sich bereits einer neuen Schicht und wird
sich in Zukunft mit innovativen Beschichtungsprozessen beschäftigen für
die neue Medicoat-VPS-Kombianlage, die gleichzeitig über eine
Gleichstrom (DC)- und eine Hochfrequenz (HF)-Plasmaerzeugung verfügt.
Qualität jederzeit nachprüfbar
Produkte und Prozesse einer ständigen Qualitätskontrolle zu
unterwerfen, gehört heutzutage für Betriebe mit einem hohen Anspruch zur
Selbstverständlichkeit. Dies gilt auch für Zertifizierungen. Medicoat
hat die medizintechnische Beschichtung im Vakuum-Plasma-Spritzverfahren
nach ISO DIN EN 9001-2000 zertifiziert. Darüber hinaus jedoch besitzt
das Unternehmen seit 1998 das GTS-Zertifikat. Dieses Qualitätssiegel der
1992 gegründeten GTS-Gemeinschaft Thermisches Spritzen geht mit ihrer
zusätzlichen Personen- und Produktmittelprüfung deutlich über die
Anforderungen der allgemeinen DIN ISO 9001 hinaus. Dieser für alle
nachvollziehbare, periodisch von unabhängigen Institutionen überwachte
Qualitätsstandard gilt auch im Ausland als gute Referenz.
Autorin: Ursula Mertig
Weitere Informationen sind erhältlich bei GTS
Gemeinschaft Thermisches Spritzen e.V.
Werner Krömmer
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Medicoat AG
Herrn Dr. Heiko Gruner
Gewerbe Nord
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per E-Mail: info@medicoat.ch
Internet: www.medicoat.ch
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