Die Aluminiumlegierung 7075 enthält Zink als Hauptlegierungselement. Sie zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus, darunter gute Duktilität, hohe Festigkeit, Zähigkeit und gute Dauerfestigkeit. Aufgrund mikroskopischer Entmischung neigt sie stärker zur Versprödung als viele andere Aluminiumlegierungen, ihre Korrosionsbeständigkeit ist jedoch deutlich besser als die von Aluminiumlegierungen der 2000er-Serie. Sie ist eine der am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen für hochbelastete Strukturbauteile und findet nicht nur in der Luft- und Raumfahrt breite Anwendung, sondern hat sich auch in der Medizintechnik etabliert.
1. Eigenschaften der medizinischen Aluminiumlegierung 7075
Die medizinische Aluminiumlegierung 7075 zeichnet sich durch hohe Festigkeit, geringe Dichte, Korrosionsbeständigkeit und gute Verarbeitbarkeit aus. Sie ist eine der am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen für Hochleistungs-Medizingeräte und Präzisionskomponenten. Sie besteht hauptsächlich aus Aluminium und enthält Legierungselemente wie Zink, Magnesium und Kupfer. Durch geeignete Wärmebehandlungsverfahren lassen sich hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze bei gleichzeitig relativ geringem Gewicht erzielen. Sie bietet deutliche Vorteile in Anwendungsbereichen mit hohen Anforderungen an Festigkeit und Tragbarkeit.
1.1 Ultrahohe Festigkeit
Im Wärmebehandlungszustand T6 erreicht die Zugfestigkeit der Aluminiumlegierung 7075 bis zu 570 MPa, die Streckgrenze liegt bei etwa 503 MPa. Dieser Wert ist vergleichbar mit oder sogar höher als der einiger Stähle (z. B. die Zugfestigkeit von Edelstahl 304 mit ca. 515 MPa), während die Dichte nur ein Drittel der von Stahl beträgt (2.8 g/cm³ gegenüber 7.9 g/cm³). Das bedeutet, dass Bauteile aus 7075 bei gleichen Festigkeitsanforderungen nur ein Drittel des Gewichts von Stahlbauteilen aufweisen.
1.2 Hervorragende Ermüdungsbeständigkeit
Die Gelenk- und Getriebeteile von Medizinrobotern sind im Langzeiteinsatz millionenfachen Belastungen ausgesetzt. Die Dauerfestigkeit der Aluminiumlegierung 7075 liegt bei etwa 160 MPa und ist damit deutlich höher als die der Aluminiumlegierung 6061 (ca. 95 MPa). Sie widersteht wirksam der Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen durch wiederholte Bewegungen. Forschungsergebnisse zeigen, dass die Dauerfestigkeit der Aluminiumlegierung 7075 nach optimierter Wärmebehandlung unter 10⁷ Lastwechseln im Bereich von 150–170 MPa gehalten werden kann. Dies genügt, um die hohen Anforderungen an die Langzeitstabilität von Operationsrobotern und Exoskelettsystemen zu erfüllen.
1.3 Gute Härte und Verschleißfestigkeit
Die T6-vergütete Aluminiumlegierung 7075 weist eine Brinellhärte von etwa 150–180 HBW auf. Durch Hartanodisieren lässt sich die Oberflächenhärte auf 400–600 HV steigern. Dies verbessert die Kratz- und Verschleißfestigkeit deutlich.
1.4. Hervorragende Leistung bei niedrigen Temperaturen
Im Gegensatz zu einigen Stählen, die bei niedrigen Temperaturen spröde werden, steigt die Festigkeit der Aluminiumlegierung 7075 bei niedrigen Temperaturen sogar an. Bei -196 °C erreicht ihre Zugfestigkeit über 590 MPa, wodurch sie sich für medizinische Anwendungen in der Kryotherapie eignet.
1.5 Leistungsvergleich
| Material | Zugfestigkeit (MPa) | Dichte (g / cm³) | Spezifische Festigkeit (MPa·cm³/g) | Ermüdungsfestigkeit (MPa) |
| 7075-T6 Aluminiumlegierung | 570 | 2.80 | 204 | 160 |
| 6061-T6 Aluminiumlegierung | 310 | 2.70 | 115 | 95 |
| 304 rostfreier Stahl | 515 | 7.93 | 65 | 240 |
2. Vergleich der medizinischen Aluminiumlegierung 7075 mit anderen Werkstoffen
2.1 7075 gegen 6061
6061 und 7075 sind die beiden am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen im Bereich der medizinischen Robotik. Die wesentlichen Unterschiede zwischen ihnen sind folgende:
2.1.1 Festigkeit und spezifische Festigkeit
7075-T6 besitzt eine Zugfestigkeit von 570 MPa. Dies entspricht etwa dem 1.8-Fachen der Zugfestigkeit von 6061-T6 (310 MPa). Seine spezifische Festigkeit (204) ist ebenfalls 1.8-mal so hoch wie die von 6061 (115). Bei gleichem Gewicht kann es höhere Lasten tragen. Dadurch eignet es sich besonders für tragende Bauteile, die ein extrem geringes Gewicht erfordern, wie beispielsweise Gelenkgehäuse für chirurgische Roboter und Exoskelett-Rahmen.
2.1.2 Bearbeitungs- und Schweißleistung
Die Härte und Festigkeit von 6061 sind relativ gering, seine Bearbeitbarkeit ist jedoch besser als die von 7075, wodurch der Werkzeugverschleiß geringer ist. 6061 ist gut schweißbar und seine Festigkeit kann durch Wärmebehandlung nach dem Schweißen wiederhergestellt werden. 7075 hingegen neigt aufgrund seines hohen Zinkgehalts nach dem Schweißen zu Rissbildung und gilt daher allgemein als nicht schweißbar. Die gängigsten Verbindungsmethoden sind Schrauben oder Nieten.
2.1.3 Korrosionsbeständigkeit
Die Korrosionsbeständigkeit von 6061 ist der von 7075 überlegen, und es zeigt in medizinischen Desinfektionsumgebungen und unter feuchten Bedingungen eine stabilere Leistung. Die Korrosionsbeständigkeit von 7075 muss durch Oberflächenbehandlungen wie Anodisieren verbessert werden.
2.1.4 Leitfaden zur Bewerbungsauswahl
| Auswahlszenario | Empfohlenes Material |
| Extrem leichte Bauweise, hochbelastbare Strukturbauteile | 7075-T6 |
| Rahmen, die geschweißt werden müssen | 6061-T6 |
| Komplexe Oberflächen, Bearbeitung tiefer Kavitäten | 6061-T6 |
| Langfristige Exposition gegenüber Desinfektionsmitteln | 6061 (nach dem Anodisieren) |
2.2 7075 gegen 2024
Ähnlich wie die Aluminiumlegierung 7075 wird auch die Aluminiumlegierung 2024 häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, insbesondere für die Herstellung von Flugzeugflügeln und -rümpfen. Ihre hohe Festigkeit macht sie für diese Anwendungen bestens geeignet. Die Aluminiumlegierung 2024 eignet sich für Anwendungen, die eine hohe Dauerfestigkeit erfordern, während die Aluminiumlegierung 7075 für Anwendungen geeignet ist, die eine hohe Spannungs- und Dehnungsbeständigkeit erfordern.
Die Schweißeigenschaften dieser beiden Legierungen sind ähnlich. Punkt- und Abbrennstumpfschweißen sind möglich, Lichtbogen- und Gasschweißen werden jedoch nicht empfohlen. Auch ihre Verarbeitungseigenschaften sind vergleichbar. Die Verarbeitungseigenschaften von 2024 sind etwas besser, die Korrosionsbeständigkeit von 7075 hingegen etwas höher.
3. Anwendungen des Werkstoffs 7075 in medizinischen Robotern
3.1 Strukturelle Komponenten von Operationsrobotern
Chirurgische Roboter stellen extrem hohe Anforderungen an die Präzision und Stabilität ihrer Roboterarme. Gleichzeitig müssen mehrere Antriebe und Sensoren auf engstem Raum integriert werden, was eine doppelte Herausforderung an das geringe Gewicht und die Steifigkeit der Bauteile darstellt.
Anwendungsbeispiel: Das Gelenkgehäuse des Roboterarms, die Montageplatte des Reduziergetriebes und die Endeffektorhalterung des laparoskopischen Operationsroboters bestehen größtenteils aus der Aluminiumlegierung 7075-T6. Dank ihrer Zugfestigkeit von 570 MPa kann die Wandstärke des Gelenkgehäuses auf 2–3 mm reduziert werden. Dies senkt das Trägheitsmoment deutlich und gewährleistet gleichzeitig die Steifigkeit sowie die Reaktionsgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit des Roboterarms.
Wichtigste Anforderungen: Die Koaxialität der Lagereinbaubohrung darf nicht mehr als 0.01 mm betragen, die Ebenheit der Einbaufläche darf nicht mehr als 0.02 mm betragen und die Oberflächenhärte nach der Hartanodisierung muss mindestens 400 HV betragen, um wiederholter Desinfektion standzuhalten.
3.2 Orthopädisches Navigations- und Positionierungssystem
Orthopädische chirurgische Navigationssysteme (wie z. B. Wirbelsäulenchirurgie-Roboter und Navigationssysteme für Gelenkersatz) benötigen hochsteife Positionierungsrahmen und Patientenfixierungsvorrichtungen, um eine intraoperative Führungsgenauigkeit zu gewährleisten.
Anwendungsbeispiel: Der Positionierungsrahmen und die Patientenfixierungsschiene in inländischen Geräten wie dem orthopädischen Roboter Dimensity bestehen aus der Aluminiumlegierung 7075-T6. Durch Topologieoptimierung wird eine Leichtbauweise erreicht, wodurch das Gewicht der Strukturbauteile um ca. 34 % reduziert wird, ohne die Festigkeitsanforderungen zu beeinträchtigen.
Wichtigste Anforderungen: Langzeitstabilität ohne Verformung; das Material sollte nicht magnetisch sein (geeignet für MRT-kompatible Systeme) und die Oberflächenbehandlung sollte der Reinigung mit chlorhaltigen Desinfektionsmitteln standhalten.
3.3 Rehabilitations-Exoskelettrahmen
Rehabilitationsexoskelette sind typische tragbare Geräte, deren Eigengewicht den Ermüdungsgrad und den Rehabilitationseffekt des Nutzers direkt beeinflusst. Leichtbau ist daher die wichtigste Anforderung in diesem Bereich.
Anwendungsbeispiel: Der Oberschenkelstützarm, die Wadenverbindungsstange und das Beckenmodul des Exoskeletts zur Rehabilitation der unteren Extremitäten bestehen aus der Aluminiumlegierung 7075-T6, die hohe Festigkeit mit geringem Gewicht vereint. Durch die wabenförmige Materialreduzierung und die fensterartige Konstruktion mit gewichtssparenden Öffnungen lässt sich das Gesamtgewicht einiger Modelle auf 8–12 kg reduzieren.
Die größte Herausforderung bei der Bearbeitung dünnwandiger Bauteile besteht in der Kontrolle der Verformung. Daher ist es notwendig, die Schrupp- und Schlichtbearbeitung zu trennen, einen Spielraum von 0.2–0.5 mm zur Spannungsentlastung einzuplanen und spezielle Vorrichtungen wie Vakuumsauger zu verwenden.
3.4 Strukturelle Komponenten von Strahlentherapiegeräten
In Strahlentherapiegeräten (wie Gamma Knife und Protonentherapiesystemen) müssen die Bauteile auch in Umgebungen mit hoher Strahlung formstabil bleiben. Zudem werden besondere Anforderungen an den Magnetismus des Materials und die Dichtehomogenität gestellt.
Anwendungsbeispiel: Einige Patientenpositionierungssysteme und Kollimatorhalterungen verwenden die Aluminiumlegierung 7075 anstelle von Stahl. Dies reduziert das Gesamtgewicht der Geräte und verringert die Röntgenstreuung, die die Behandlungsgenauigkeit beeinträchtigt.
Wichtigste Anforderungen: Die Werkstoffe müssen die Dimensionsstabilitätsprüfung in Umgebungen mit hoher Strahlungsenergie bestehen. Die Oberflächenbehandlung muss strahlungsbeständig sein.
3.5 Zentrale Herausforderungen bei der Bearbeitung von Teilen für medizinische Roboter
Obwohl die Aluminiumlegierung 7075 hervorragende Eigenschaften aufweist, steht sie bei der Bearbeitung von Teilen für medizinische Roboter immer noch vor vielen Herausforderungen:
3.5.1 Dünnwandige Verformungskontrolle:
Bauteile für medizinische Roboter weisen im Allgemeinen dünnwandige Strukturen auf, um Gewicht zu sparen. Beim Zerspanen von Aluminiumlegierungen der Legierung 7075 kann es jedoch durch die Freisetzung von Eigenspannungen zu Verformungen der Bauteile oder zu Abweichungen der Lochabstände kommen. Lösungsansätze umfassen: die Anwendung einer symmetrischen Aufmaßabtragsstrategie, eine natürliche Alterung von 24 bis 48 Stunden nach der Schruppbearbeitung sowie den Einsatz von Vakuumsaugern zur Verteilung der Spannkraft während der Schlichtbearbeitung.
3.5.2 Oberflächenintegrität:
Medizinische Bauteile unterliegen strengen Anforderungen an die Oberflächenqualität. Ungeeignete Schnittparameter können zu Zugspannungen oder Mikrorissen an der Oberfläche führen und die Dauerfestigkeit beeinträchtigen. Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Werkzeugwinkel müssen daher präzise kontrolliert werden.
3.5.3 Dimensionsstabilität:
Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Aluminiumlegierung 7075 (23.6 × 10⁻⁶/°C) ist höher als der von Stahl. In Umgebungen mit starken Temperaturschwankungen sollte ein Maßausgleich in Betracht gezogen oder die Feinbearbeitung unter konstanten Temperaturbedingungen in der Werkstatt durchgeführt werden.
3.6 Branchentrends und -aussichten:
Da medizinische Roboter immer leichter, kleiner und intelligenter werden, weitet sich der Einsatz der Aluminiumlegierung 7075 von Strukturbauteilen auf ein breiteres Anwendungsgebiet aus. Zukünftige Trends umfassen:
- Ersatz von Verbundwerkstoffen: Entwicklung von kohlenstofffaserverstärkten 7075-Verbundwerkstoffen. Dies soll die spezifische Festigkeit und die Dauerfestigkeit weiter verbessern.
- Additive Fertigung: Die Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie für die Aluminiumlegierung 7075 wird die Herstellung komplexerer, topologieoptimierter Strukturen und kundenspezifischer Implantate ermöglichen.
- Oberflächenfunktionalisierung: Durch Mikrolichtbogenoxidation, Laser-Oberflächenbehandlung und andere Technologien können 7075-Oberflächen antibakterielle und antithrombotische biologische Funktionen erhalten.
4. Bearbeitungsprozesse für 7075-Material in medizinischen Robotern
Die Aluminiumlegierung 7075 findet breite Anwendung in der Fertigung von Bauteilen für medizinische Roboter. Ihre hohe Festigkeit und ihr geringes Gewicht machen sie zur idealen Wahl für Gelenkgehäuse von chirurgischen Robotern, Rahmen für Rehabilitationsexoskelette und Strukturbauteile für die orthopädische Navigation. Für die hochpräzise Bearbeitung des Materials 7075 sind die folgenden vier Verfahren von zentraler Bedeutung:
4.1 CNC Fräsen
CNC-Fräsen ist das wichtigste Bearbeitungsverfahren für Bauteile aus der Aluminiumlegierung 7075 und eignet sich für komplexe Strukturbauteile wie Gehäuse, Sensorhalterungen und Rahmenverbinder. Die hohe Festigkeit von 7075 erfordert relativ hohe Schnittkräfte, daher sollten hochsteife Werkzeugmaschinen und scharfe Hartmetall-Schneidwerkzeuge eingesetzt werden. Beim Schruppen ist ein hoher Vorschub erforderlich, um das Aufmaß schnell abzutragen. Die Schnittwärme muss jedoch kontrolliert werden, um Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Im Schlichten wird die Oberflächenqualität durch geringe Schnitttiefe und hohe Drehzahl sichergestellt. Die Rauheit der Auflagefläche kann Ra 0.8–1.6 µm erreichen. Bei dünnwandigen Gehäusen empfiehlt sich ein symmetrisches Stanzen, um Verformungen des Werkstücks zu vermeiden. Innere Spannungen werden durch mehrere Vorschlichtbearbeitungen schrittweise abgebaut.
4.2 Mehrachsige Bearbeitung mit Gelenksystemen
Die Gelenkgehäuse und Endeffektorhalterungen von Medizinrobotern weisen häufig komplexe, gekrümmte Oberflächen und unregelmäßige Merkmale auf. Daher ist der Einsatz von 4- oder 5-Achs-Bearbeitungszentren mit integrierter Werkzeugführung erforderlich, um die Mehrflächenbearbeitung in einer Aufspannung durchzuführen. Die 5-Achs-Bearbeitung eliminiert die durch mehrfaches Wenden bei der herkömmlichen 3-Achs-Bearbeitung entstehenden Fehler und gewährleistet die Koaxialität der Lagerbohrung sowie die Positioniergenauigkeit der Montagefläche. Bei der Mehrachsenbearbeitung von Aluminiumlegierung 7075 ist auf die Optimierung des Werkzeugwegs zu achten, um Oberflächenvibrationsspuren oder Werkzeugausbrüche durch plötzliche Schnittrichtungsänderungen zu vermeiden.
4.3 Präzisionsbohren
Medizinische Bauteile weisen eine Vielzahl präziser Bohrungen auf, die für die Lagerung, Sensorpositionierung und Gewindeverbindungen benötigt werden. Präzisionsbohrungen in 7075 erfordern eine strikte Einhaltung der Toleranz des Bohrungsdurchmessers (üblicherweise ±0.01 mm) und der Oberflächenrauheit. Um einen gleichmäßigen Bohrungsdurchmesser zu gewährleisten, sollten Reib- oder Bohrverfahren angewendet werden. Bei der Bearbeitung tiefer Bohrungen empfiehlt sich das Tiefbohren mit Spanabfuhr in Kombination mit einer Hochdruck-Innenkühlung, um Spanverstopfungen und Beschädigungen der Bohrungswand zu vermeiden.
| Prozess | Wichtige Kontrollpunkte | Toleranzbereich |
| CNC Fräsen | Dünnwanddeformation, Oberflächenqualität | ± 0.01-0.05mm |
| CNC-Drehen | Rundheit, Konzentrizität | ± 0.005mm |
| Mehrachsige Bearbeitung | Positionsgenauigkeit, Oberflächenqualität | ± 0.01mm |
| Präzisionsbohren | Gleichmäßigkeit des Lochdurchmessers, Rauheit | ± 0.01mm |
5. Nachbearbeitung von 7075-Material in medizinischen Robotern
Nach der CNC-Bearbeitung benötigen Teile aus der Aluminiumlegierung 7075 typischerweise eine Reihe von Nachbearbeitungsschritten. Diese verbessern Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Oberflächenqualität und Biokompatibilität. Dadurch werden die strengen Anforderungen an medizinische Roboter hinsichtlich Langzeitstabilität und Patientensicherheit erfüllt.
5.1 Hartanodisieren
Hartanodisieren ist die gebräuchlichste und wichtigste Nachbehandlungsmethode für medizinische Bauteile aus 7075.
Verfahrensprinzip:
Das Teil dient als Anode und wird in einem Schwefelsäure-Elektrolyten einer elektrolytischen Oxidation unterzogen, wodurch sich auf der Oberfläche ein dichter Keramikfilm aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) bildet.
Schlüsselparameter:
- Oxidschichtdicke: > 15 μm (Standard für medizinische Bauteile), kann in Bereichen mit hoher Verschleißintensität 40–60 μm erreichen.
- Oberflächenhärte: Sie kann 400-600 HV erreichen, was deutlich höher ist als die Härte des Substrats (ca. 150 HBW).
- Korrosionsbeständigkeit: Der Salzsprühtest hält über 500 Stunden ohne erkennbare Korrosion durch.
Der Wert medizinischer Roboter:
- Verbessert die Verschleißfestigkeit des Gelenkgehäuses und der Rahmenoberfläche erheblich und hält dem Verschleiß durch Millionen von Bewegungen stand.
- Beständig gegen die chemische Erosion durch Desinfektionsmittel im Operationssaal (chlorhaltige Desinfektionsmittel, Alkohol, Wasserstoffperoxid)
- Die poröse Struktur des Oxidfilms kann als gute Grundlage für Farben oder Schmierbeschichtungen dienen.
Vorsichtsmaßnahmen: Durch die Hartanodisierung vergrößern sich die Bauteile geringfügig (etwa 50 % der Schichtdicke wachsen nach außen und 50 % dringen nach innen ein). Für präzise Passflächen sollte ein Bearbeitungszugabe von 0.02–0.05 mm eingeplant werden.
5.2 Mikro-Lichtbogenoxidation (MAO)
Die Mikrolichtbogenoxidation ist eine fortschrittlichere Oberflächenbehandlungstechnologie als die Hartanodisierung, und ihre Anwendung bei medizinischen Bauteilen aus 7075 nimmt stetig zu.
Prozessmerkmale:
- Die Dicke des Oxidfilms kann 100-200 μm erreichen, was dem 2- bis 4-Fachen der Dicke bei der Hartanodisierung entspricht.
- Die Oberflächenhärte kann 1500-2000 HV erreichen und nähert sich damit dem Niveau von Keramik an.
- Der Oxidfilm ist metallurgisch mit dem Substrat verbunden, weist eine extrem hohe Haftfestigkeit auf und lässt sich nicht leicht ablösen.
Medizinische Anwendung:
- Gelenklagergehäuse und Positionierbolzen mit extrem hohen Verschleißfestigkeitsanforderungen
- Freiliegende Bauteile, die wiederholter Desinfektion und mechanischer Reinigung standhalten müssen.
- Es kann als Träger für antibakterielle Beschichtungen (silberbeladene Mikrolichtbogenoxidation) verwendet werden und verleiht der Oberfläche aktive antibakterielle Funktionen.
Einschränkung: Die Oberfläche ist nach der Mikrolichtbogenoxidation relativ rau (Ra 1.0-2.0 μm), und es muss anhand der Funktion des Bauteils beurteilt werden, ob ein nachfolgendes Feinschleifen oder Polieren erforderlich ist.
5.3 Chemisches Polieren und Elektropolieren
Bei Teilen aus 7075, die mit der menschlichen Haut oder Weichgewebe in Berührung kommen, hat die Oberflächenglätte direkten Einfluss auf den Tragekomfort und die Reinigungsfreundlichkeit.
Prozessvergleich:
| Prozess | Prinzip | Oberflächeneffekt | Medizinische Anwendung |
| Chemisches Polieren | Chemische Lösung löst oberflächliche Mikroerhebungen auf. | Ra kann 0.2-0.4 μm erreichen. | Innere Oberflächen von Exoskeletten, die mit der Haut in Kontakt kommen |
| Elektropolieren | Elektrochemische Auflösung entfernt die durch die Bearbeitung veränderte Schicht | Ra kann 0.05-0.1 μm erreichen. | Griffe für chirurgische Instrumente, Sensorgehäuse |
Wert von Medizinrobotern:
- Entfernt Bearbeitungsspuren und kleinste Grate. Reduziert die Anhaftungsstellen für Bakterien.
- Verringert die Hautreibung. Verbessert den Tragekomfort.
- Durch Elektropolieren werden Eigenspannungsschichten und Mikrorisse, die beim Schneiden entstehen, entfernt. Dies verbessert die Dauerfestigkeit.
5.4 Passivierungs- und Versiegelungsbehandlungen
Passivierungs- und Versiegelungsbehandlungen sind notwendige Zusatzprozesse nach der Anodisierung oder Mikrolichtbogenoxidation.
Versiegelungsbehandlung: Durch die Versiegelung mit heißem Wasser, Dampf oder Nickel-/Kobaltsalzen werden die Mikroporen der Oxidschicht gefüllt, wodurch die Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert und Verfärbungen verhindert werden. Medizinische Bauteile werden üblicherweise mit heißem Wasser oder Dampf versiegelt, um Biokompatibilitätsrisiken durch Schwermetallsalzrückstände zu vermeiden.
Passivierungsbehandlung: Auf den nicht oxidierten Oberflächen von 7075 (wie z. B. Präzisionspassungsflächen und Gewindebohrungen) wird eine chemische Passivierung durchgeführt, um einen dünnen, dichten Passivierungsfilm zu bilden, der Kontaktkorrosion verhindert.
5.5 Beschichtungen
| Beschichtungsart | Funktion | Typische Anwendung |
| PTFE-Beschichtung | Reibungsreduzierung, selbstschmierend | Gleitflächen der Verbindung |
| DLC-Beschichtung | Extrem hohe Härte, geringe Reibung | Hochpräzise Bewegungspassungsflächen |
| Silberhaltige antibakterielle Beschichtung | Tötet aktiv Oberflächenbakterien ab | Griffe und Kontaktflächen von Rehabilitationsgeräten |
| Polyurethanbeschichtung in medizinischer Qualität | Verbessert die Haptik, elektrische Isolierung | Außenflächen des Handteils |
Das Material 7075 selbst besitzt keine antibakteriellen Eigenschaften. In Anwendungsfällen, die eine aktive antibakterielle Wirkung oder Oberflächenfunktionalisierung erfordern, sind Beschichtungen notwendig.
Medizinische Anforderung: Alle Beschichtungen müssen den Biokompatibilitätstest nach ISO 10993 bestehen. Dadurch wird sichergestellt, dass keine zytotoxischen Substanzen freigesetzt werden.
5.6 Qualitätsprüfung und -verifizierung
Nach der Nachbehandlung müssen die medizinischen Bauteile des Typs 7075 vor Verlassen des Werks folgende Prüfungen bestehen:
5.6.1 Prüfung der Beschichtungsqualität
Messung der Oxidschichtdicke:
Die Dicke des Oxidfilms wird mittels Wirbelstrom- oder metallographischen Verfahren gemessen, um sicherzustellen, dass sie > 15 μm beträgt.
Härteprüfung:
Mikro-Vickers-Härteprüfung zur Messung der Oberflächenhärte
Haftungsprüfung:
Gitterschnitt- oder Falltest zur Überprüfung der Haftung der Beschichtung
5.6.2 Überprüfung der Korrosionsbeständigkeit
Salzsprühtest:
Im Allgemeinen ist für ≥168 Stunden keine offensichtliche Korrosion erforderlich (gemäß ASTM B117).
Sterilisationszyklustest:
Simulieren Sie Hochtemperatur- und Hochdrucksterilisation sowie das Eintauchen in chemische Desinfektionsmittel, um die Oberflächenstabilität zu überprüfen.
5.6.3 Nachmessung der Abmessungen
Die Nachbearbeitung kann einen geringen Einfluss auf die Größe haben.
Die wichtigsten Passflächen müssen mit einer Koordinatenmessmaschine (KMM) erneut vermessen werden.
5.6.4 Nachmessung der Abmessungen
Die Nachbearbeitung kann die Größe geringfügig beeinflussen. Die wichtigsten Passflächen müssen mit einer Koordinatenmessmaschine nachgemessen werden.
Vor der Montage prüfen Sie bitte, ob die Maßänderungen innerhalb des Toleranzbereichs liegen.
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F & Q
1. Was ist das Beste Aluminiumlegierung für die CNC-Bearbeitung?
Aluminium 6082 ist die hochfesteste Legierung der 6000er-Serie und insgesamt eine mittelfeste Handelslegierung. In Plattenform hat sie sich aufgrund ihrer geringen Kosten und guten Bearbeitbarkeit, die eine hohe Effizienz ermöglicht, zur am häufigsten CNC-bearbeiteten Aluminiumlegierung entwickelt.
2. Wofür wird die Aluminiumlegierung 7075 verwendet?
7075 wird auch als „Flugzeuglegierung“ bezeichnet, da sie zu den hochfesten Aluminiumlegierungen auf dem Markt zählt. Sie findet Verwendung in Raumfahrzeugen, Flugzeugen, Raketen und anderen Verteidigungsanwendungen.
3. Ist 7075-Aluminium schwieriger zu bearbeiten als 6061?
Ja. 7075 lässt sich gut bearbeiten, aber seine höhere Festigkeit kann im Vergleich zu 6061 zu erhöhtem Werkzeugverschleiß führen.
4. Kann man 7075-Aluminium schweißen?
7075 wird generell nicht zum Schweißen empfohlen, da Schweißen die mechanischen Eigenschaften verringern und das Rissrisiko erhöhen kann.
5. Warum wird die Aluminiumlegierung 7075 heutzutage im Bereich der Medizintechnik so häufig eingesetzt?
Die Aluminiumlegierung 7075 zeichnet sich durch eine hervorragende spezifische Festigkeit aus und vereint hohe Festigkeit mit geringem Gewicht. Sie ermöglicht eine präzise CNC-Bearbeitung, ist nach der Oberflächenbehandlung beständig gegen wiederholte Sterilisation und wird häufig für hochbelastete Strukturen in medizinischen Robotern und Geräten eingesetzt.
