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Prozesssicherheit in der Titanbearbeitung steigt

Fräswerkzeuge mit SLX3-Beschichtung

Aus Titan gefräste Teile nehmen wichtige Aufgaben in der Zahntechnik und als Grundbestandteil von Implantaten ein. Die DIN EN ISO 22674 gibt vor, womit zu arbeiten ist, und Dentallabors müssen zusehen, wie sie so anspruchsvolle Werkstoffe wie Titan Grade 4 und Titan Grade 5 effizient bearbeiten. Zuverlässige Prozesse haben oberste Priorität. Neuartige Werkzeuge von Hufschmied Zerspanungssysteme versprechen deutliche Verbesserungen.

In der Zahntechnik werden anspruchsvolle Materialien bearbeitet – ähnlich wie in der Luft- und Raumfahrt. Doch während sich in der Industrie ganze Teams von CAD/CAM- und Zerspanungsexperten darauf spezialisiert haben, Prozesse zu optimieren und durch die Abstimmung von Werkzeugmaschinen, Frässtrategien und Werkzeugen beispielweise Bearbeitungszeiten zu senken, müssen Dentallabors darauf vertrauen, eine optimierte Komplettlösung geliefert zu bekommen. Der Maschinenmarkt ist hier von Systemanbietern geprägt. Das Ziel: Bearbeitung auf Knopfdruck mit möglichst wenig Aufwand durch Einstellungen und Wartung. Systemanbieter liefern dazu meist auch gleich die Werkzeuge mit. Zur einfacheren Handhabung sind dies häufig vielseitig verwendbare Universalwerkzeuge. Doch nur weil es nicht üblich ist, heißt das nicht, dass in der Dentalbranche Zerspanungsprozesse nicht ebenfalls optimiert werden können. 2020 führte die Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Hochschule Augsburg einen wissenschaftlichen Vergleichstest von Dentaltechnik-Werkzeugen für die Zirkoniumdioxid-Bearbeitung durch. Das Ergebnis: Die Auswahl der Fräswerkzeuge hat eine deutliche Auswirkung auf die Qualität der Ergebnisse und die Effizienz der Bearbeitung. Sieger des Benchmarks war ein für dieses Material optimiertes Werkzeug der Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH – heute unter der Bezeichnung Zirkonator® als patentiertes Werkzeug für alle gängigen Maschinensysteme auf dem Markt.

Werkzeugverschleiß verringern

Bei seinem Werkzeug für Zirkoniumdioxid konnte der Werkzeugbauer die Standzeit bei gleichbleibender Qualität um bis zu 30 Prozent erhöhen. Hufschmied hat sich auf material- und prozessspezifische Werkzeuge spezialisiert und ist in verschiedenen Branchen für die gewaltigen Optimierungspotenziale bekannt, die man beispielsweise im Bereich von Kompositwerkstoffen, Hartmetall, Grafit oder PMMA mit Spezialwerkzeuge heben kann. Jetzt konnte das Unternehmen auch in der Titanbearbeitung deutliche Verbesserungen erreichen.

Die wesentlichen Herausforderungen bei der Titanverarbeitung: Es kommt zu Kaltverschweißung und Adhäsion, das heißt zur Anhaftung von Spänen. Die Erhitzung des Werkzeugs in der Bearbeitung ist ein Problem – ein Vollhartmetallfräser ohne Beschichtung nimmt ab etwa 500 Grad Celsius Schaden. In der Nasszerspanung kommt es zudem zu chemischen Reaktionen der Zusatzelemente in der Titanlegierung mit dem Hartmetall des Werkzeugs. Aus diesen Gründen ist eine Beschichtung des Werkzeugs nötig. Der bisherige Stand der Technik waren PVD-Beschichtungen (physical vapour deposition). Bei der Entwicklung neuer Titanbearbeitungswerkzeuge befasste man sich bei Hufschmied zunächst mit der Geometrie der Schneiden. Auch die Zahl der Schneiden – vier oder fünf – hat verschiedene Auswirkungen und bedarf der Abwägung. Die zweite Frage: Gibt es eine Beschichtungstechnik, die das Werkzeug noch warmhärter macht und noch glatter ist? Hier beschritt Hufschmied nun einen ganz neuen Weg und testete das HiPIMS, das Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern. Die mit diesem Verfahren aufgebrachte Beschichtung SLX3 aus Titan-Aluminium-Siliziumnitrid ist extrem dicht und hart. Beindruckend ist ihre Hitzebeständigkeit beziehungsweise der Schutz, den sie für den Vollhartmetallkörper des Werkzeugs bietet: Über 1000 Grad Celsius sind nun kein Problem mehr.

Im Technologiezentrum von Hufschmied wurden zur Entwicklung des neuen Werkzeugs umfangreiche Benchmarks mit Titan Grade 5 durchgeführt. Da es in der Dentaltechnik nicht so sehr um großes Spanvolumen und Geschwindigkeit geht, sondern um langfristige Prozesssicherheit, wurde ein besonderes Augenmerk auf die Standzeit gelegt. Wichtig ist dabei, dass die Ergebnisse in Genauigkeit und Oberflächengüte über die gesamte Werkzeuglebensdauer gleichbleibend sind – selbst bei Materialqualitätsschwankungen von Rohlingen. Das Ergebnis der Tests war vielversprechend. Die SLX3-beschichtete Werkzeuge weisen 30 bis 35 Prozent längere Standzeiten im Vergleich zu bisherigen Highend-Titanbearbeitungswerkzeugen auf.

Passend für die Bearbeitungszentren

Hufschmied geht beim Aufbau des Produktportfolios SLX3-beschichteter Werkzeuge nach dem bewährten Modell vor und bietet die Werkzeuge aktuell passend zu den Frässystemen von AMANN GIRRBACH, DENTAL CONCEPT SYSTEMS, imes-icore CORiTEC, Roland, VHF, WIELAND DENTAL, YENA DENTAL und ZFX. Andere Hersteller beziehungsweise deren Kunden werden zu den für sie idealen Werkzeugen beraten.