Aluminium in der Medizintechnik

Eine der Königsdisziplinen für Aluminium …

… der Einsatz von Aluminium in der Medizintechnik und der Gesundheitsvorsorge.

GLEICH Aluminium-Gussplatten in ihrem Element:

G.AL®-Gussplatten aus der Legierung EN AW 5083 [Produktfamilien G.AL® C210 und G.AL® C250] tragen maßgeblich dazu bei, dass medizinische Gerätschaften eine sehr hohe Effizienz bei akuten therapeutischen Maßnahmen und im Vorsorgewesen aufweisen.

Wie in nahezu allen anderen Industriebereichen auch birgt in der Medizintechnik die Verwendung von Aluminium-Halbzeugen signifikante Vorteile und verhilft vielen Produkten zu einem ungeahnten innovativen technischen Vorteil.

Kosteneinsparung bei der Herstellung der Bauteile durch kürzere Bearbeitungszeiten eine einzigartige Nachhaltigkeit, bedingt durch eine 100%tige Recyclingfähigkeit von Aluminium, kommen noch on top.

Hohe Ansprüche an das Material

Doch nicht jedes Aluminium-Halbzeug kann den extrem hohen Ansprüchen der Medizintechnik gerecht werden. Zunächst muss die verwendete Legierung auf Konformität mit einschlägigen Normen und Richtlinien geprüft werden.

Für eine erste Klassifizierung wird in Europa meistens die DIN EN 602 (Chemische Zusammensetzung von Halbzeug für die Herstellung von Erzeugnissen, die in Kontakt mit Lebensmitteln kommen) oder auch die US-Standards gemäß ANSI/NSF 51 (American National Standards Institute / National Sanitation Foundation 51 = Food Equipment Materials) herangezogen, gelegentlich auch die US-FDA (Food and Drug Administration).

Eine weitere Vorauswahl wird durch die Korrosionsbeständigkeiten bestimmt, die diese auch einen großen Einfluss auf die Reaktionen des Metalls im Kontakt mit Reinigungs- und Desinfektionsmitteln hat. Hier wird oftmals die Beständigkeit einer unbehandelten und einer anodisierten Oberfläche bewertet.

Als Grundlage dienen häufig die für Stahl geltenden Korrosionsbeständigkeitsklassen (KBK, Tabelle 1).
Tabelle 2 zeigt die Bewertungen ausgewählter Al-Legierungen; zum Vergleich sind auch zwei Edelstähle aufgeführt.

Weitere Anforderungen

Die verwendeten Werkstoffe müssen aber auch noch anderen Forderungen gerecht werden, die, je nach Anwendung, einzeln oder im Paket notwendig sind.

Die häufigsten Forderungen sind:

 

Spannungsarmut und Formstabilität

Bauteile weisen oftmals einseitige Zerspanung oder extreme Zerspanungsgrade >85% auf. Als weltweit einziger Hersteller von Aluminium Gussplatten hat GLEICH Aluminium eine Einzel-Barren-Wärmebehandlung in elektrisch beheizten Spezialöfen. Dies ist ein Garant für die einzigartige Homogenität und Spannungsarmut aller G.AL®-Produkte. Für solch hohe Zerspanungsgrade ist unser G.AL® C210R prädestiniert.
Ein Bauteilverzug während oder nach der Zerspanung ist nahezu ausgeschlossen.

Zerspanen / Spanbarkeit

Die Spanbarkeit wird wesentlich durch ein homogenes Gefüge, die Isotropie des Werkstoffes, einen hohen (Brinell-) Härtegrad und einem gleichmäßigen Härteverlauf über den Materialquerschnitt bestimmt. Die im Vergleich zur Norm DIN EN 573-3 nach unten stark eingeschränkten maßgeblichen festigkeits- und härtebildenden Legierungselemente Mn und Mg sorgen in Verbindung mit der einzigartigen GLEICH-Wärmebehandlung bei allen G.AL-Produkten für ideale Zerspanungseigenschaften.

Optische Ansprüche nach dem Eloxieren

Die Optik nach dem Eloxieren ist in vielen Branchen ein „heißes“ Thema, insbesondere gilt dies für die Medizintechnik. Die klassischen Gussplatten können solchen Ansprüchen bestenfalls nur bedingt, meistens aber (überhaupt-) nicht gerecht werden.
Diese Lücke wurde mit der speziell für solche Anwendungen entwickelten Gussplatte G.AL® C250 ELOX PLUS vollumfänglich geschlossen. Die obligatorische Prozesshygiene, korrektes Handling und sachgerechte Prozessparameter während der Zerspanung und dem Eloxierprozess vorausgesetzt, erfüllen Bauteile aus G.AL® C250 ELOX PLUS alle gestellten Erwartungen an die Optik.

Porenarmut

Porenarmut ist wichtig, wenn Bauteile eine polierte Oberfläche aufweisen müssen oder lackiert werden sollen. Jede Mikropore kann das Ergebnis signifikant stören oder gar zum vollständigen Verwerfen des Bauteils führen.
Jeder konventionelle Werkstoff weist eine, wenn auch geringfügige, Mikroporosität auf. Bei konventionellen Werkstoffen ist dies technologisch nicht zu vermeiden. Das Ausgangsmaterial für G.AL®-Produkte, sogenannte Walzbarren, wird in speziellen Kokillen von zertifizierten Vertragsgießereien gemäß den Parametern der GLEICH-Werksnorm gegossen.
Das Ergebnis sind extrem feinkörnige Barren mit feinsten Ausscheidungen und einer extrem geringen Mikro-Porosität.

Vakuumtauglichkeit / Porenfreiheit

Für bestimmte Anwendungen reicht eine Porenarmut nicht mehr aus, eine Porenfreiheit muss gewährleistet sein. Insbesondere in der Hochvakuumtechnik kommen konventionelle Aluminium Werkstoffe, sowohl Aluminium Guss- als auch Aluminium Walzplatten, häufig nicht in Betracht. Oftmals wird auch nicht bedacht, dass Aluminium Walzplatten legierungs- und zustandsbedingt ab einer Dicke von ca. 40 mm Mikroporosität aufweisen können; ab einer Dicke von ca. 60-80 mm muss bei Walzplatten grundsätzlich immer mit Porosität gerechnet werden.
Wird eine absolute Porenfreiheit gefordert, verfügt unser Werkstoff G.AL® C210 DYNAMIC über ein weltweites Alleinstellungsmerkmal. Das hochkompakte Gefüge lässt im Heliumlecktest selbst bei einem Vakuum von 10-12 mbar keine Diffusion, geschweige denn eine Leckage, zu.
Tabelle 3 zeigt welcher Werkstoff bei welchem Vakuum geeignet ist.
Ein weiterer Aspekt ist das Ausgasungsverhalten von G.AL® C210 DYNAMIC: es entspricht dem von Edelstahl (Kundenaussage).
Die Permeabilität von G.AL® C210 DYNAMIC weist nach der Zerspanung einen Wert von 1,000 auf, gemessen mit Förstersonde (Permwert Rohmaterial 1,002).

Beschichtung bei hohen Temperaturen

Diverse Beschichtungen von Bauteilen verlangen, dass die Bauteile temporär bis zu ca. 400° C aushalten müssen, ohne dass es zu schädlichen/zerstörenden Gefügeveränderungen oder irreversiblen Festigkeitsverlusten des Metalls kommt.
Die speziellen Herstellparameter von G.AL®-Produkten aus EN AW 5083 sind als naturharte Legierungen und mit den speziellen Gieß- sowie Wärmebehandlungsparametern bestens für solche Beschichtungstemperaturen gerüstet.

Fazit

GLEICH Aluminium hat auch für die sensiblen und hochspezifischen Anwendungen der Medizintechnik eine Produktpalette in ständiger Verfügbarkeit, die allen Forderungen gerecht wird.

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