MMC Magazine

(Kikukawa City, Präfektur Shizuoka)

Entwicklung und Herstellung von Langdrehautomaten für die Bearbeitung und Produktion von medizinischen Geräten. Das Unternehmen hat weltweit einen Marktanteil von ca. 30 %.

Drehautomaten – von Anwendern für Anwender entwickelt

Star Micronics Co., Ltd. wurde im Jahr 1950 als Kleinteilehersteller mit nur sechs Mitarbeitern gegründet. Das Unternehmen stellte zunächst Präzisionskomponenten für Uhren her. Hierzu wurden Drehautomaten aus der Schweiz und aus Japan eingesetzt. Um noch hochwertigere Präzisionskomponenten bearbeiten zu können, begann das Unternehmen, selbst Werkzeuge herzustellen. Hinter dieser Neuorientierung stand der Wunsch des Firmengründers, einen Drehautomaten zu entwickeln. Das Unternehmen bot sein neues Produkt unter dem Slogan „Von Anwendern für Anwender“ an und erhielt schon bald die ersten Bestellungen.

„Unsere Entwicklungsabteilung nutzt die Rückmeldungen zur Benutzerfreundlichkeit für die Herstellung bzw. Optimierung neuer und bestehender Produkte. Dies ist eine unserer großen Stärken“, erklärt Fumio Masuda, Leiter Abteilung Sales & Marketing, Geschäftsbereich Machine Tools. 

Star Micronics begann den weltweiten Vertrieb seiner Drehautomaten im Jahr 1962, mit den ersten Exporten nach England. Das Unternehmen baut derzeit neue Produktions- und Vertriebsprozesse in Europa, den USA und Asien auf. Hierbei verlässt man sich nicht nur auf Händler und Vertriebsagenturen, sondern auch auf eigene Mitarbeiter. Dadurch lässt sich erstklassiger Produktsupport gewährleisten. Die besondere Kundennähe wird vom Markt auch honoriert. Das Unternehmen hat bereits einen Weltmarktanteil von ca. 30% im Bereich der Langdrehautomaten.  Langdrehautomaten aus dem Hause Star Micronics kommen unter anderem bei der Herstellung von Knochenschrauben, Zahnimplantaten und Zusatzkomponenten für Gelenke zum Einsatz.

Was die Herstellung der meisten Komponenten für die Medizintechnik so schwierig macht, ist die Kombination aus langen, dünnen geometrischen Formen und – ohne Langdrehautomaten – schwer zu bearbeitenden Werkstoffen. Genau deshalb sind die Maschinen der Firma Star Micronics in der Medizinbranche so begehrt. „Darüber hinaus müssen Knochenschrauben und andere Komponenten, die im Rahmen chirurgischer Eingriffe im menschlichen Körper eingesetzt werden, extrem hohe Anforderungen erfüllen und besondere Verträglichkeit und Korrosionsresistenz gewährleisten. Um derart anspruchsvolle Anforderungen zu erfüllen, werden solche Komponenten aus schwer zerspanbaren Werkstoffen, wie beispielsweise Titanlegierungen, gefertigt. Dabei ist ein Höchstmaß an geometrischer Präzision erforderlich“, erläutert Noriaki Ozeki, Führungskraft, Technical Sales Support Section, Abteilung Sales & Marketing des Geschäftsbereichs Maschine Tools. 

Überlegene Steifigkeit der Maschinen erleichtert die Bearbeitung medizinischer Vorrichtungen

Aufgrund ihres Designs und ihrer Spezifikationen erfüllen Langdrehautomaten auch anspruchsvollste Vorgaben und sind daher bei den Herstellern äußerst gefragt.

„Bei der Entwicklung unserer Lang-drehautomaten konzentrierten wir uns insbesondere auf die Steifigkeit der Maschinen. Wir verwendeten einen Schrägbett-Unterbau mit trapezförmigen Schwalbenschwanz-Gleitflächen. In diesem Unterbau sind die feststehenden und die beweglichen Komponenten so angeordnet, dass sich das Zentrum der Kugelspindel näher an der Schneidstelle befindet und das Belastungsmoment während des Schneidvorgangs reduziert ist. Dies verringert die durch den Schnittwiderstand verursachte Vibration und erhöht die Genauigkeit. Dadurch entsteht stabile Präzision, auch wenn erhebliche Unterschiede bei den Schnitttiefen gefordert sind“, so Daisuke Suzuki, Leiter Abteilung Development, Geschäftsbereich Machine Tools.

Zusätzlich zum Schwalbenschwanz-Schrägbett wird die Steifigkeit der Maschinen durch den Einsatz verschiedener Stützstrukturen gesteigert, wie beispielsweise einer Spindelhülsen-Gleitfläche zur Unterstützung der Schnittkraft an der Spindel. Zudem wurde eine Vielzahl ausgeklügelter Konzepte zur Sicherstellung einer noch höheren Bearbeitungspräzision ausgearbeitet. 

„Bei der Herstellung künstlicher Zahnimplantate sind beispielsweise zuweilen Bohrungen mit einer Tiefe von bis zu 80 mm erforderlich. Der Durchmesser liegt jedoch nur bei 1,8 mm. Wenn solche Bohrungen auf der Hauptseite der Maschine hergestellt werden, besteht aufgrund der Längenbeschränkungen ein Problem. Aus diesem Grund befestigen wir rückseitig einen Aufsatz an der Spindel, der Bohrungen mit einer Tiefe von bis zu 100 mm ermöglicht“, erklärt Herr Ozeki, Leiter des Bereichs Technical Sales Support Section. Um den thermischen Versatz in den Griff zu bekommen, wurde zudem ein spezielles Konzept implementiert, welches die Messung von Temperaturänderungen ermöglicht. Dadurch kann die Maschine entsprechend angepasst werden. „Manchmal kommen Mediziner zu uns, die gern einmal bei der Herstellung zusehen möchten. Deshalb achten wir bei der Konstruktion auf unkomplizierte Strukturen, die Ölaustritt verhindern und die Sauberkeit verbessern“, fügt Fumio Masuda hinzu, Leiter Vertrieb und Marketing. In der Zwischenzeit entwickelte Star Micronics ein Steuerungssystem für die Verfahrbewegungen. Ziel war optimale Kontrolle über alle Bewegungsabläufe. Dieses System passt exakt zum richtigen Zeitpunkt die Drehzahl an und gewährleistet somit eine gleichmäßige Bewegung über den gesamten Zyklus hinweg. Somit lassen sich Leerlaufzeiten deutlich verkürzen. Während der Vorbereitungen für die nächsten Schritte verringert das System den Vorschub, um zur richtigen Zeit Anpassungen an den vorbestimmten Punkten zuzulassen. So lassen sich Vibrationen vermeiden, und die Präzision steigt. 

Viele Unternehmen in der metallverabeitenden Industrie führen komplexe Herstellungsprozesse durch, wenn beispielsweise zylindrische Stangen in quadratische oder andere Formen gebracht werden müssen. Drehautomaten mit geringer Steifigkeit erfüllen häufig nicht die geforderten geometrischen Vorgaben. Daher sind Langdrehautomaten aufgrund ihrer Präzision und der verbesserten Oberflächengüte äußerst hilfreich für Unternehmen, die mit derartigen Problemen kämpfen. 

Werkzeuge für höchste Bearbeitungseffizienz

Die Partnerschaft zwischen Star Micronics und Mitsubishi Materials begann in den frühen 2000er-Jahren. In dieser Zeit fand bei den Werkstoffen, die mit Drehautomaten bearbeitet wurden, gerade der Umstieg von Automatenstahl auf rostfreien Stahl statt. Dieser Werkstoff wurde nun auch immer häufiger für die Einspritzsysteme von Automobilmotoren verwendet, und im Bereich der Medizintechnik wurden 1.4401 und Titan immer beliebter. Während bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl die Spankontrolle besonders wichtig ist, ist bei Drehautomaten die Werkzeugstandzeit ein entscheidender Faktor. Hier werden jedoch zumeist Kühlmittel auf Ölbasis eingesetzt, die für rostfreien Stahl eher ungeeignet sind. Darüber hinaus kommen häufig schwer zu bearbeitende Titanwerkstoffe zum Einsatz, was die Bohrungsbearbeitung erschwert. Um hier Abhilfe zu schaffen, benötigen Bohrer in kleinem Durchmesserbereich mit interner Kühlmittelzufuhr hitzebeständige Beschichtungen.

Aus diesem Grund hat Mitsubishi Materials den MWS-Bohrer entwickelt, bei dem eine VP-Beschichtung mit extrem hoher Hitzebeständigkeit zum Einsatz kommt. Seit seiner Markteinführung haben Mitsubishi Materials und Star Micronics die MWS-Hochleistungsbohrer im Rahmen von Testanwendungen eingesetzt und als festen Bestandteil in der Bearbeitung integriert. Keiichi Kuroda, der im Jahr 2000 den Vertrieb leitete, sagt im Rückblick auf diese Zeit: „Wir verwendeten bei verschiedenen internen Anwendungen ein breites Spektrum an Bohrern in kleinem Durchmesserbereich für tiefe Bohrungen. Dies führte schließlich dazu, dass wir das Verfahren für tiefe Bohrungen empfahlen.“ Wir wollten von Herrn Ozeki wissen, welchen Eindruck er damals von Mitsubishi Materials hatte. Seine Antwort lautete: „Die Werkzeuge, die wir damals für die Bearbeitung von Flugzeugkomponenten verwendeten, zeichneten sich durch eine hohe Festigkeit aus. Sogar bei höherer Schnittgeschwindigkeit und höherem Vorschub arbeiteten diese Werkzeuge bei der Komponentenherstellung äußerst präzise. Als ich meinen Aufgabenbereich in China erhielt, begannen wir bei der Herstellung von Medizinkomponenten mit Werkzeugen von Mitsubishi Materials zu arbeiten, da wir damit bei der Flugzeugteileproduktion bereits gute Erfahrungen gemacht hatten. Alles in allem war ich äußerst beeindruckt von der Qualität der Werkzeuge.“

Im Rahmen der Produktpräsentationen von Star Micronics in Europa und den USA im Jahr 2016 wurde ein noch in der Entwicklung befindlichen Hartmetall-/Fasenbohrer auf einem Langdrehautomaten der Baureihe SR getestet. Dieser lieferte hervorragende Ergebnisse, sodass der DLE-Anzentrier-/Fasenbohrer im Geschäftsjahr 2018 für Ausstellungen im In- und Ausland eingesetzt wurde. Im Juni desselben Jahres kam die Bohrerbaureihe DLE auf den Markt. Herr Shoichi Fujisawa, Leiter der Abteilung Drills Development (Drill, CBN & PCD Products Development Center, Tools R&D Group, MMC), erläutert die Vorteile dieses neuen Bohrers: „Bisher hatten Zentrierbohrer scharfe Schneiden, die bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Edelstahlwerkstoffe häufig zu Ausbrüchen führten. Wir konnten dieses Problem lösen, indem wir viele Prototypen herstellten, bis wir ausreichende Schneidenstärke schafften. Wir entschieden uns für eine Geometrie mit doppeltem Spitzenwinkel. Wir kombinierten diese mit einem Verfahren zur Anspitzung der Bohrerspitze. Diese senkt den Schnittdruck und in der Folge die Belastung des Bearbeitungswerkzeugs.

Herr Masuda erklärt: „Um die Bohrungsgenauigkeit zu verbessern, muss die Eignung für den Einsatz in Bearbeitungszentren gegeben sein. Wir möchten die Werkzeughersteller in die Lage versetzen, ihr Entwicklungsspektrum deutlich zu erweitern, im Hinblick auf den Vorschub, die Schnitteschwindigkeit und die Spankontrolle. So können sie Werkzeuge entwickeln, die bei den verschiedensten Maschinen optimale Leistung bringen. Hiroaki Ohara aus dem Geschäftsbereich Sales, Fuji Sales Office, MMC, meint dazu: „Die Entwicklung dieser neuartigen Zentrierbohrertechnologie ist ein hervorragendes Beispiel für unsere Arbeit daran, unseren Kunden immer bessere Werkzeuge zu liefern.“

Reaktion auf Entwicklungen in der Medizintechnik

Herr Ozeki, Leiter Technical Sales Support, erläutert die Zukunftspläne des Unternehmens: „Wir möchten in Indien und in anderen dicht besiedelten Regionen unsere Absatzzahlen im Medizinbereich steigern. Wir müssen deshalb Kostensenkungsmaßnahmen umsetzen und nicht nur Langdrehautomaten weiterentwickeln: Wir müssen auch feststehende Drehautomaten anbieten, die den wachsenden Bedarf des US-Marktes nach Spinalplatten befriedigen. Unsere wichtigste Aufgabe ist jedoch die Auswertung des Kunden-Feedbacks bei technischen Problemen. Wir wollen nicht nur Lösungen finden, sondern auch Vorschläge machen, die für unsere Kunden zu besseren Ergebnissen führen.“ Herr Suzuki, Leiter Development, fügt hinzu: „Wir arbeiten seit mehr als drei Jahren an der Entwicklung von Baugruppen für jedes Modul, die mit anderen Maschinen kompatibel sind, um somit Kosten einzusparen. Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, Produkte zu entwickeln, die den Bedarf unserer Kunden auch wirklich erfüllen. Deshalb legen wir solchen Wert auf die Optimierung der Maschinensteifigkeit.

Das Unternehmen möchte nun auch Maschinen entwickeln, die gehärteten Stahl für Hochpräzisionskomponenten bearbeiten können. Hierzu werden allerdings Werkzeughersteller benötigt, die WSP für diese Art von Produkten entwickeln können. Herr Fujisawa, Tools R&D Group von MMC ist überzeugt: „Die Stärke unserer Firmengruppe liegt in der Herstellung von Werkstoffen und Werkzeugen. Außerdem leisten wir hervorragende Arbeit bei der Entwicklung und Herstellung von Werkzeugen für gehärteten Stahl. Wir werden auch in Zukunft in besonderer Weise auf die Anforderungen unserer Kunden eingehen. Hierzu benötigen wir selbst hocheffiziente Werkzeuge, um ein noch breiteres Spektrum an Werkstoffanwendungen abdecken zu können. 

Die Anforderungen an ein produzierendes Unternehmen können sich im Laufe der Zeit stark ändern. Herr Masuda, Leiter der Abteilung Sales & Marketing der Firma Star Micronics, meint dazu: „Prognosen zufolge werden im Automobilbau aufgrund des Trends hin zu den Elektrofahrzeugen in Zukunft weniger Komponenten benötigt. Die Nachfrage nach den von uns hergestellten Präzisionskleinteilen wird jedoch im gleichen Maße steigen, wie sich der Trend in Richtung Miniaturisierung und Präzision bei Endprodukten fortsetzt. Dank unserer Position in einer solchen Wachstumsbranche werden wir auch in Zukunft innovativ sein, damit unsere Produkte den Anforderungen unserer Kunden weiterhin in jeder Hinsicht gerecht werden". Mitsubishi Materials möchte die Zusammenarbeit mit Star Micronics fortsetzen, um die gemeinsame Mission zu erfüllen und zu der weiterhin weltweit florierenden Medizintechnik beizutragen.