Präzision in Serie: 1.400 Medizintechnik-Komponenten auf einer Bauplattform

Sinto Advanced Ceramics (ehemals Bosch Advanced Ceramics) verschiebt die technologischen Grenzen der additiven Fertigung (AM) von Hochleistungskeramik. Der spezialisierte Auftragsfertiger fokussiert sich auf die Produktion hochkomplexer Komponenten für anspruchsvolle Anwendungen, unter anderem in der Medizintechnik. Im Rahmen eines aktuellen Projekts fertigte das Team eine keramische Isolierhülse für ein laparoskopisches Instrument, das in der minimalinvasiven Chirurgie zum Einsatz kommt. Der technologische Durchbruch: Durch die präzise Skalierung des Keramik-3D-Drucks lassen sich 1.400 dieser hochfiligranen Komponenten in einem einzigen Druckjob reproduzierbar herstellen.

Die Herausforderung: Extreme Dünnwandigkeit im Sub-Millimeter-Bereich

Die konstruktiven Anforderungen des Medizintechnik-Kunden waren kompromisslos: Gefragt war eine sterile, biokompatible Komponente mit einem maximalen Außendurchmesser von 1,3 mm und einer Wandstärke von gerade einmal 90 µm. Diese Mikro-Geometrie ist funktionskritisch, um eine zuverlässige elektrische Isolation zwischen zwei leitenden Baugruppen auf engstem Raum innerhalb des Laparoskops zu gewährleisten. Sinto Advanced Ceramics setzte hierbei auf das LCM-Verfahren (Lithography-based Ceramic Manufacturing). Diese Technologie bietet eine geometrische Designfreiheit und Detailauflösung, die mit konventionellen Formgebungsverfahren in dieser Größenordnung technologisch nicht mehr realisierbar sind.

Agiler Entwicklungsprozess und iterative Validierung

Um das fragile Gleichgewicht zwischen struktureller Integrität, mechanischer Belastbarkeit und hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften zu sichern, durchlief die Isolierhülse einen engen, iterativen Entwicklungsprozess. Die werkzeuglose additive Fertigung bot hierbei den entscheidenden Vorteil, Designänderungen und Prozessparameter ohne Zeitverlust direkt anzupassen und zu testen. Insgesamt wurden vier Designiterationen strengen Tests unterzogen, um das finale Optimum aus Wandstärke, Außendurchmesser und mechanischer Stabilität im realen Einsatz zu validieren.

In der Produktion nutzt das Unternehmen CeraFab-Systeme von Lithoz mit einer lateralen Auflösung von 40 µm. Nur durch diese hochpräzise optische Auflösung lässt sich die geforderte Wandstärke von 90 µm im thermischen Folgeprozess (Sintern) prozessstabil und ohne Maßabweichungen abbilden.

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Skalierung zur industriellen Serienfertigung

Nach erfolgreicher Freigabe der Prototypen- und Musterphase überführte Sinto Advanced Ceramics das Projekt in die industrielle Serienproduktion. Mit einer Kapazität von 1.400 Teilen pro Charge (Batch) lässt sich die jährliche Kundennachfrage von 20.000 Einheiten extrem zeiteffizient und wirtschaftlich realisieren.

Ein entscheidender Schlüsselfaktor für den Qualitätserhalt in der Serie ist der von Sinto Advanced Ceramics eigens entwickelte, automatisierte Reinigungsprozess. Er ermöglicht eine extrem schonende und berührungslose Handhabung der hochgradig fragilen Grünteile unmittelbar nach dem Druckprozess. Überschüssiges, unvernetztes Ausgangsmaterial wird dabei selbst aus komplexesten Mikro-Geometrien vollständig entfernt, ohne die extrem dünnen 90-µm-Wände zu beschädigen. Dies garantiert eine lückenlose Chargenkonsistenz und minimiert die Ausschussrate signifikant.

Vorteile der additiven Fertigung von Keramik

Die additive Keramikfertigung (Ceramic AM) bietet für chirurgische Mikro-Komponenten signifikante wirtschaftliche und technische Vorteile gegenüber dem Mikro-Keramikspritzguss (µCIM):

• Keine Werkzeugkosten: Der teure und langwierige Bau von hochpräzisen Mikro-Spritzgussformen entfällt komplett, was die Time-to-Market drastisch verkürzt.
• Maximale Funktionsintegration: Komplexe Geometrien lassen sich in einem einzigen Schritt monolithisch drucken.

Als Werkstoff kommt das hochreine Aluminiumoxid LithaLox 360 zum Einsatz. Das Material prädestiniert sich durch seine exzellente dielektrische Festigkeit (elektrische Isolation), extreme chemische Beständigkeit und hohe thermische Stabilität. Für den Medizintechnik-Hersteller ist dies essenziell: Das Material widersteht aggressiven Reinigungskhemikalien und wiederholten Sterilisationszyklen (z. B. Autoklavieren im Krankenhaus) im klinischen Alltag absolut schadlos und ohne Alterungserscheinungen.

Fazit

Dieses Projekt demonstriert eindrucksvoll das Potenzial des keramischen 3D-Drucks für die Medizintechnik. Die Technologie erlaubt die hochpräzise, skalierbare Serienproduktion komplexer Mikro-Komponenten und fungiert damit als starker Innovationstreiber für das Design der nächsten Generation medizinischer Geräte. Sinto Advanced Ceramics setzt hier einen neuen industriellen Maßstab für Präzision, Konsistenz und Volumenfertigung im Bereich der technischen Keramik.

Für detailliertere Einblicke in dieses Projekt lesen Sie den vollständigen Artikel in der Herbstausgabe 2024 des PIM Magazins hier