medizinischen Instruments

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Instruments, insbesondere eines Dentalinstruments oder eines medizinischen Instruments.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Instrumente der oben genannten Art durch spanende Verfahren herzustellen. Dabei werden beispielsweise Rohlinge durch Drehen bearbeitet. Die Herstellung von Köpfen der Instrumente, welche mit Schneiden versehen sind, erfolgt dann durch Fräsen oder Schleifen.

Die bekannten Herstellungsverfahren sind dazu geeignet, Instrumente aus den üblicherweise verwendeten Materialien zu fertigen, beispielsweise aus Stahl, der nachfolgend gehärtet, fertigbearbeitet und/oder beschichtet wird, oder aus Hartmetall und Keramik. Bei der Bearbeitung von Keramik kann diese sowohl im Hartzustand, als auch im Grünlings- oder Weißlingszustand erfolgen. In jedem Falle handelt es sich um spanende Verfahren unter Verwendung geeigneter Instrumente.

Die durch derartige spanende Verfahren erzeugbaren Geometrien, insbesondere Schneidengeometrien an Köpfen von Dentalinstrumenten oder medizinischen Instrumenten sind durch die Form und Größe der Werkzeuge (Fräser, Schleifscheiben, etc.) vorbestimmt. Bei der Entwicklung neuer Formen, beispielsweise Schneidengeometrien oder Verzahnungsformen, stellt sich deshalb stets die Frage, wie diese herstellbar sind. Dabei sind durch die Geometrie der Werkzeuge enge Grenzen gesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfacher, kostengünstiger Anwendbarkeit die Herstellung auch von komplexen Geometrien von Instrumenten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Im Einzelnen ist erfindungsgemäß somit vorgesehen, dass eine konturgebende Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Lasers erfolgt. Es handelt sich erfindungsgemäß somit um ein abtragendes Laserverfahren, bei welchem kleine Materialpartikel mittels des Lasers aufgeschmolzen und verdampft werden. Hierdurch ist es möglich, präziseste Geometrien zu erzeugen, die mit herkömmlichen spanenden Verfahren nicht realisierbar sind.

Als Laser werden erfindungsgemäß bevorzugt Kurzpulslaser oder Ultrakurzpulslaser eingesetzt, beispielsweise Femto-, Piko- oder Nano-Sekundenlaser.

Die Laser-Bearbeitung weist den Vorteil auf, dass das Grundgefüge der bearbeiteten Werkstücke durch den Laserabtrag nicht beeinträchtigt wird, so dass Produkte mit hoher Festigkeit und Instrumente mit hohen Schneidleistungen hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die gesamte Formgebung eines Instruments mittels des Lasers durchzuführen. Dabei wird beispielsweise ein zylindrischer Rohling verwendet, welcher vollständig mittels des Lasers bearbeitet wird.

Alternativ hierzu ist jedoch auch möglich, ein Halbfertigteil in klassischer Herstellungsweise zu erzeugen, beispielsweise durch Drehen, Fräsen oder Schleifen. Dabei können beispielsweise der Schaft und der Einspannbereich des Schaftes konturgebend bearbeitet werden, ebenso eine Umfangskontur des Kopfes des Instruments. Mittels des erfindungsgemäßen Materialabtragsverfahrens werden dann die Schneiden und Spanräume ausgearbeitet.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass es möglich ist, werkzeuglos oder im Wesentlichen werkzeuglos die vollständige Herstellung der Instrumente zu realisieren. Dies bringt auch den Vorteil, dass Modifikationen, beispielsweise an der Verzahnung eines Dentalbohrers oder Dentalfräsers, leicht durchgeführt werden können, da hierzu lediglich Softwareänderungen, nicht jedoch Änderungen in den zu verwendenden Werkzeugen erforderlich sind. Beispielsweise werden die erfindungsgemäßen Instrumente auf 5- oder 6-Achsen-Maschinen hergestellt. Bei einer klassischen spanenden Fertigung sind hierbei unterschiedlichste Werkzeuge (beispielsweise Fräser oder Schleifscheiben) erforderlich, welche ausgetauscht oder nachgeschliffen werden müssen. Auch muss die Maschinensteuerung die Größe und Art der Werkzeuge berücksichtigen. All dies entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, da dort lediglich die Bewegung und der Einsatz des abtragenden Lasers bei der Maschinensteuerung berücksichtigt werden müssen.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, Konstruktionen und Formen von Instrumenten herzustellen, welche mittels klassischer Formgebungsverfahren nicht herstellbar sind. Hierdurch ist es möglich, Produkte zu erzeugen, welche verbesserte Einsatzbedingungen aufweisen. Derartige Produkte sind insbesondere in der Zahnmedizin, in der Zahntechnik, in der Ohren-Chirurgie, in der Neurochirurgie oder in der Orthopädie vorteilhaft verwendbar. Insgesamt handelt es sich dabei bevorzugterweise um Zahnbohrer, Dentalfräser, Schleifinstrumente, Schallspitzen und/oder Sägeblätter.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht eines Rohlings,

Fig. 2 eine vereinfachte Seitenansicht eines Halbfertigteils,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Fertigteils in Form eines Dentalbohrers,

Fig. 4 eine radiale Schnittansicht durch den Kopf des Instruments gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Schnittansicht, analog Fig. 4, einer Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 6 ein Schliffbild des typischen Gefüges von gezogenem Stahl mit anschließender Wärmebehandlung, und

Fig. 7 ein Schliffbild eines durch ein additives Laseraufschmelzverfahren erzeugten Werkstoffs.

Das erfindungsgemäße konturgebende Materialabtragsverfahren mittels eines Lasers hat auch den weiteren Vorteil, dass es möglich ist, die Schneiden des Instruments mittels des Lasers zu schärfen. Dies trägt zu einer Steigerung der Abtragsleistungen bei.

Durch die materialabtragende Bearbeitung der Oberfläche des Instruments mittels des Lasers ist erfindungsgemäß weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, die Oberflächen entsprechend zu gestalten, beispielsweise diese hydrophob oder hydrophil auszubilden. Die Fig. 1 zeigt einen Rohling, welcher als zylindrisches Ausgangsmaterial zur Anwendung kommt. Aus diesem wird ein in Fig. 2 gezeigtes Halbfertigteil hergestellt. Die Herstellung kann entweder nach klassischer Vorgehensweise spanend erfolgen (Drehen oder Fräsen), es ist jedoch auch möglich, das Halbfertigteil mittels Laserabtrag aus dem Rohling herzustellen.

Die Fig. 3 zeigt ein Fertigteil in Seitenansicht. Dieses umfasst einen Schaft 1 mit einem Einspannbereich 2. Gegenüberliegend zu dem Einspannbereich 2 ist an dem Schaft 1 ein Hals 3 ausgebildet, welcher in einen mit Schneiden versehenen Kopf 4 übergeht.

Die Fig. 4 und 5 zeigen im Vergleich jeweils Radial-Schnittansichten durch den Kopf 4. Dabei ist die Ausgestaltung gemäß Fig. 4 durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren geschaffen worden. Die Fig. 5 zeigt in analoger Darstellung eine Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik, bei welchem die Schneiden des Kopfes durch Schleifen oder Fräsen hergestellt wurden. Es zeigt sich, dass die Ausgestaltung der Schneiden gemäß Fig. 4 weitaus komplexer Geometrien ermöglichen. Es sind insbesondere Hinterschnitte oder Spanräume erzeugbar, welche mit klassischen Herstellungsverfahren nicht oder nur mit erheblichem Aufwand realisierbar sind.

Die Figuren 6 und 7 stellen Schliffbilder dar, aus denen sich ein Vergleich zwischen einem herkömmlich erzeugten Werkstoff und einem mittels eines additiven Verfahrens erzeugten Werkstoff ergibt.

Bei dem in Figur 6 gezeigten Schliffbild handelt es sich um einen konventionell hergestellten Werkstoff, welcher das typische Gefüge eines gezogenen Stahls mit anschließender Wärmebehandlung aufweist. Dabei sind deutlich die längs angeordneten Karbide in der martensitischen Grundmasse zu erkennen.

Im Gegensatz hierzu zeigt die Figur 7 einen Schliff eines mittels eines additiven Laseraufschmelzverfahrens erzeugten Werkstoffs. Dabei ist in der Gefügeansicht deutlich ein grobes, martensitisches Gefüge mit feinen Karbidausscheidungen zu erkennen, welche keine besondere Anordnung aufweisen. Als vorteilhaft erweist es sich bei additiv hergestellten Werkstücken, dass diese keine Härterisse bilden, so wie dies bei konventionell erzeugten Werkstücken der Fall ist.