Medische instrumenten moeten eenvoudig kunnen worden gesteriliseerd en moeten een glad oppervlak hebben, zodat er geen ziektekiemen op kunnen nestelen. Functionele vormgeving is ook belangrijk. Het Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) heeft samen met Europese partners een speciaal verbindingssysteem ontwikkeld. Het verbindt de aparte onderdelen van de instrumenten zonder kieren of randen. Medische instrumenten die met deze verbindingen zijn vervaardigd, kunnen eenvoudig worden gesteriliseerd, zodat infecties worden voorkomen.
De onderzoekers hebben in het project Clean Tools een roterend wrijvingslasproces ontwikkeld om gladde oppervlakken te verkrijgen en ze hebben dit uitgeprobeerd met een kernboormachine. Bij deze medische instrumenten is een schacht van flexibel materiaal aan een boorkop van roestvast staal vast gesmolten met behulp van een tussenlaag. De functionele combinatie van een flexibele schacht met een starre boorkop maakt het mogelijk om het instrument langs de kromming van een bot te geleiden.
Verbindingen
Bij de nu gebruikelijke boormachine zorgt schroefdraad voor de mechanische verbinding tussen de flexibele schacht en de starre boorkop, of er wordt een spiraalvormige schacht van het zelfde materiaal gebruikt. In beide gevallen ontstaan kieren en spleten in het oppervlak van het instrument, waarin tijdens het boren bot- en weefselmateriaal terecht kan komen. De slecht bereikbare plekken kunnen moeilijk goed worden gereinigd en gesteriliseerd, waardoor kruisinfecties kunnen ontstaan.
Daarvoor is nu een oplossing beschikbaar. De in het project ontwikkelde methode van een roterende wrijvingslasverbinding levert een glad oppervlak op. Het speciale lasproces en de tussenlaag maken het mogelijk om materialen, die normaal niet aan elkaar gelast kunnen worden, door de tussenlaag toch met elkaar te combineren.
In het Clean Tools project hebben de onderzoekers van het Fraunhofer IWM samengewerkt met TWI, Universiteit Twente, Corin, Fricweld, Technosprings en Simex Medicintechnik.
Wrijvingslassen met drie materialen
De moeilijkheid bij de verbinding door het rotatiewrijvingslassen is, dat de sterk verschillende materialen tijdens het lassen neiging hebben tot vorming van poreuze deeltjes. Voor de stabiliteit van de lasnaad kwam de speciale tussenlaag in beeld.
De tussenlaag dient te voldoen aan zware eisen met betrekking tot bio-compatibiliteit en mechanische eigenschappen, die door het lasproces ook nog kunnen veranderen. Daarom hebben de wetenschappers, nadat ze de juiste materialen hadden geselecteerd, de aparte materialen en de gelaste verbindingen met experimenten en simulaties getest. Zo konden ze het materiaal voor de praktijk kwalificeren.
Daarnaast hebben de deelnemers in het project de parameters voor het rotatiewrijvingslassen ontwikkeld om dergelijke drievoudige verbindingen te kunnen vervaardigen en een kernboormachine gerealiseerd, die nu in de testfase wordt ingezet.
