Neue Produkte und Fertigungsprozesse erfordern häufig auch neue Reinigungslösungen. Diese Herausforderung löste ein schweizerisches Spezialunternehmen für plasmagespritzte Schichten in der Medizintechnik mit der quattroClean-Schneestrahltechnologie. Die eingesetzte JetStation-HP in reinraumgerechter Ausführung ermöglicht, Maskierrückstände auf Implantaten nach der Beschichtung gezielt selektiv zu entfernen.
Geht es um plasmagespritzte Schichten auf Implantaten zur Beschleunigung der Osseointegration, ist die 1989 gegründete Medicoat AG ein Pionier. Heute beschichtet das im schweizerischen Mägenwil ansässige Familienunternehmen nicht nur medizintechnische Produkte sondern fertigt und vertreibt auch Anlagen für die gesamte Bandbreite des thermischen Spritzens wie beispielsweise atmosphärisches (APS) und Vakuumplasmaspritzen (VPS), Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF) sowie Kaltgasspritzen. Darüber hinaus zählt die Entwicklung und Produktion von innovativen Schichtsystemen für diese Verfahren, die alle ISO-Standards und ASTM-Anforderungen erfüllen, zum Portfolio.
Die quattroClean-Schneestrahlreinigung entfernt die durch das Abdecksystem an den Kontaktstellen verursachten optischen Effekte zuverlässig und reproduzierbar (Bild: Medicoat AG)
Angepasste, selektive Reinigung für einen neuen Fertigungsschritt
So entstand in Zusammenarbeit mit einem Kunden für ein neues Implantat eine neue Beschichtungslösung. Um nicht zu beschichtende, gestrahlte Bereiche des Produkts zu maskieren, wurde auch ein neues Abdecksystem entwickelt, das bei den hohen Temperaturen der Plasmabeschichtung einsetzbar ist. Nach der Beschichtung und Demaskierung bleiben an den kleinen Kontaktpunkten sichtbare Farbveränderungen, verursacht durch das Abdecksystem, zurück. Für eine einwandfreie Optik, die bei medizintechnischen Produkten unverzichtbar ist, müssen diese Rückstände entfernt werden. Wir benötigten dafür eine Reinigungslösung mit der die Kontaktstellen selektiv behandelt werden können. Dabei darf das Rauheitsprofil der vorbehandelten Oberfläche nicht verändert werden. Außerdem muss ein nicht-toxisches Reinigungsmedium eingesetzt werden, das keine Rückstände hinterlässt, beschreibt Dr. Sebastian Mihm, Head of Medical Coating bei Medicoat die Anforderungen. Eine Aufgabenstellung, die durch seine verfahrenstechnischen Eigenschaften und das ungiftige Medium mit dem CO2-Schneestrahlen zu lösen ist.
Die als Plug-and-Play-Lösung ausgeführte Reinigungsanlage ist reinraumgerecht ausgestattet (Bild: acp systems AG)
CO2-Schnee aus der flüssigen Phase als Lösung
Zunächst wurden Versuche mit einem System durchgeführt, bei dem die Schneekristalle aus Trockeneisblöcken gebildet werden, was aber vom Handling kompliziert war. Auf der Suche nach einer einfach zu handhabenden Anlage, die auch für die Serienfertigung geeignet ist, sind wir auf die quattroClean-
Schneestrahltechnologie von acp systems aufmerksam geworden, erinnert sich Sebastian Mihm. Sie verwende flüssiges Kohlendioxid aus Flaschen als Reinigungsmedium. Das unbegrenzt haltbare CO2 entsteht als Nebenprodukt bei verschiedenen industriellen Prozessen und ist daher klimaneutral.
Wesentliche Komponente des Reinigungssystems ist eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse. Durch diese wird das flüssige Kohlendioxid geleitet und entspannt beim Austritt aus der Düse zu feinem CO2-Schnee, der von einem separaten, ringförmigen Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Beim Auftreffen des gut fokussierbaren, minus 78,5° C Schnee-Druckluftstrahls auf die Oberfläche kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Sublimations- und Lösemitteleffekt. Durch das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen werden die optischen Effekte durch das Abdecksystem zuverlässig und reproduzierbar entfernt. Die Reinigung erfolgt materialschonend, so dass die Struktur der gestrahlten Oberfläche nicht beeinträchtigt wird. In Reinigungsversuchen im Technikum des Herstellers haben wir uns davon überzeugt, dass diese Reinigungslösung unsere Anforderungen stabil erfüllt, sagt Sebastian Mihm. Dazu trägt auch bei, dass das kristalline CO2 während der Reinigung vollständig in die gasförmige Phase übergeht und auf der Oberfläche keine Rückstände hinterlässt.
Die patentierte Technologie mit Zweistoff-Ringdüse für den CO2- und den Druckluft-Mantelstrahl sorgt für eine konstante und gleichbleibende Reinigungsleistung (Bild: acp systems AG)
Standalone-Anlage für die manuelle Reinigung
Um die quattroClean-Reinigung im Unternehmen zu etablieren und den Prozess für das Produkt freigeben zu lassen, hat sich Medicoat für eine JetStation-HP in reinraumgerechter Ausführung und manuellem Betrieb entschieden.
Die kompakte Standalone-Anlage ist mit einer schallgedämmten, komplett aus Edelstahl gefertigten Kabine ausgestattet. Im Inneren der Kabine kommen ausschließlich Komponenten und Materialien zum Einsatz, die bei Reinraumanwendungen verwendet werden. Die Medienaufbereitung für das Kohlendioxid und die Druckluft ist ebenfalls entsprechend ausgelegt. Der Bildung von Schmutznestern und der Gefahr einer Rückkontamination gereinigter Teile wird durch die Gestaltung der Prozesskammer entgegengewirkt. Ihr Design unterstützt den schnellen Austrag von entfernten Verunreinigungen und des sublimierten Kohlendioxids durch die integrierte Absaugung. Sie ist bei Medicoat an das zentrale Absaugsystem angeschlossen. Die CO2-Konzentration im Arbeitsbereich wird durch ein serienmäßig integriertes Sensorsystem überwacht. Wird der definierte Grenzwert überschritten, schaltet die CO2-Zufuhr automatisch ab und es erfolgt eine Störungsmeldung. Die professionelle, geschlossene Konzeption der Anlage und ihre sehr saubere Ausführung haben nach Aussage von Sebastian Mihm bei der Entscheidung sicher auch eine Rolle gespielt.
Die Be- und Entladung erfolgt über eine Frontklappe mit Handeingriffen. Der Reinigungsprozess, bei dem der Operator die zu reinigenden Kontaktstellen am Implantat unter die feststehende Strahldüse bewegt, lässt sich komfortabel über ein Fußpedal starten. Medicoat arbeitet mit der Anlage seit Anfang 2020 im Serienbetrieb; täglich würden zwischen 50 und 100 Implantate gereinigt und die Ergebnisse sind nach Aussage von Mihm einwandfrei. Daher denken wir zum einen darüber nach, den Prozess zu automatisieren und damit effizienter zu machen. Zum anderen überlegen wir, diese Reinigungslösung auch für andere Teile einzusetzen, ergänzt Sebastian Mihm.Doris Schulz
Kontakt:
acp systems AG, Dr. Günther Schmauz, Telefon: +49 7156 480140
Medicoat AG, Dr. Sebastian Mihm, Telefon: +41 62 8897686
Text zum Titelbild: Die selektive Reinigung der Kontaktstellen an den Implantaten erfolgt im Serienbetrieb bisher manuell (Bild: Medicoat AG)