Efektivní obrábění umělých kloubních náhrad
Společnost CERATIZIT vyvinula efektivní řešení pro výrobu komponent umělého kyčelního kloubu. Tyto náhrady kyčelního kloubu musí být vyrobeny s vysokou přesností a citlivostí.
Konkrétně se jedná o výrobu kovových komponent skládajících se z kyčelního dříku, hlavice a kloubní jamky. Přesné obrábění těchto komponent je praktikováno mechatronickým nástrojem s řízenou U-osou, multifunkčními nástroji FreeTurn a EcoCut a speciálním tvarovým výstružníkem. Celkové řešení z dílny CERATIZIT nabízí vysokou preciznost a efektivnost obrábění ve srovnání s konvenčními výrobními metodami.
Pokud kyčelní kloub ovlivňuje kvalitu života tím, že omezuje pohyb a způsobuje chronickou bolest, a pokud konzervativní metody léčby již nepomáhají, jedinou možností je endoprotéza kyčelního kloubu – jen v Německu je průměrně provedeno více než 200 000 operací za rok. Ti, kteří se vydají touto cestou, doufají v dlouhotrvající zlepšení. Aby se tato naděje stala skutečností, stejně jako dobrý chirurg a prvotřídní péče, jsou potřeba ty nejkvalitnější „náhradní díly“.
Kompletní kyčelní implantát se skládá ze dvou částí, z Acetabulární a Femorální komponenty. Femorální komponenta se skládá z dříku a hlavice, které se vyrábí ze slitiny titanu nebo slitiny kobaltu a chromu. Další materiálovou modifikací hlavice je keramika. Acetabulární komponenta se skládá z kloubní jamky a plastové výplně. Kloubní jamka se převážně vyrábí z chirurgické oceli a plastová výplň z kvalitního polyetylénu. Úkolem výplně je zajistit optimální kluzné vlastnosti a co nejvíce snížit tření mezi kovovými komponenty. Spojení mezi kyčelním dříkem a kloubní hlavicí vyžaduje zvláštní pozornost. Aby kuželové plochy do sebe přesně zapadaly, musí být vyrobeny s nejvyšší přesností a kvalitou opracování styčných povrchů.
Použité nástroje CERATIZIT hrají při výrobě těchto komponentů zásadní roli. Dirk Martin, aplikační manažer za Medical segment ve společnosti CERATIZIT, vysvětluje: „Umělý kyčelní kloub se skládá z obtížně obrobitelných materiálů, které je nutné nejen obrábět v nejpřísnějších tolerancích, ale také co nejefektivněji. V konečném důsledku by umělá náhrada kyčelního kloubu měla být vysoce kvalitní a dostupná pro co nejvíce lidí. S velkým nasazením pracujeme na zdokonalování a hledání vhodných nástrojových řešení a způsobu výroby.“
Předností jsou zkušenosti a možnosti nástrojů
Skupina CERATIZIT je kompletním dodavatelem v oboru třískového obrábění, který může čerpat z široké škály vlastních nástrojů ve standardních či speciálních provedeních a disponuje vysokým know-how v oblasti technologie obrábění. „Díky našemu obrovskému sortimentu a odborným znalostem našich aplikačních specialistů jsme skvěle vybaveni pro úkoly, jako je zpracování kloubních implantátů,“ zdůrazňuje aplikační manažer Martin Dirk. „S naší řadou nástrojů můžeme testovat různé postupy a metody, abychom nakonec našli optimální řešení."
V případě umělého kyčelního kloubu jsou požadavky zákazníků zvláště náročné a různorodé. U kyčelního dříku vyrobeného z vysoce pevné titanové slitiny Ti6Al4V musí být v kuželové oblasti zachována úhlová tolerance pouze +/-5. Další tolerance jsou 3 µm pro přímost, 8 µm pro kruhovitost a vysoké tolerance musí být dosaženo i na průměru. Je také důležité, aby kužel dosahoval stanovené kontaktní plochy a aby byl vytvořen přesně definovaný profil drážky.
Kloubní hlavice je vyrobena z kvalitní koroziodolné oceli. Vnitřní kuželový otvor musí být ve stejně vysoké tvarové, úhlové a rozměrové toleranci, stejně jako kvalita kontaktní plochy. Při obrábění nesmí vzniknout žádné stopy, rýhy nebo jiné nerovnosti. Dirk Martin dodává další zásadní faktor: „Potřebujeme výrobní řešení, které je vhodné a aplikovatelné pro hromadnou výrobu. To znamená, že zpracování musí být procesně spolehlivé a s co nejmenším úsilím na kontrolu.“
Inovované řešení obrábění
Aplikační specialisté inovovali výrobní postup a kónický profil nesymetrického dříku obrábí v jedné operaci mechatronickým nástrojem s řízenou U-osou nazvaným U-axis systém CERATIZIT. „Jedná se o přídavnou, volně programovatelnou NC osu určenou pro obráběcí centra, kterou lze použít pro soustružení a obrábění vnějších i vnitřních kontur,“ vysvětluje Dirk Martin. Obrábění tímto nástrojem lze realizovat pomocí zaměnitelných předních nástrojů osazených vyměnitelnými ISO destičkami. To umožňuje provést finální zpracování jedním nástrojem na jediném stroji, zkrátit tak výrobní čas a optimalizovat výrobní proces při vyšší rozměrové přesnosti a efektivnosti oproti standardní konvenční výrobní metodě.“ U konvenční metody je zapotřebí více strojů, tj. soustruh a frézka, což znamená více manipulace a nákladů.
Kloubní hlavice se vyrábí na soustruhu a CERATIZIT pro toto řešení nabízí multifunkční nástroje nazvané FreeTurn a EcoCut. Prvním nástrojem kompletně obrobí vnější konturu koule a druhý nástroj vyvrtá a vyhrubuje vnitřní kónický otvor. Finální přesný otvor s vysoce kvalitním opracováním dokončí speciální výstružník. Cílem výrobního spolehlivého procesu je kvalitní a přesné obrobení a zejména dobrá kontrola nad tvarem a odchodem třísek, které v těchto materiálech je nutné mít pod kontrolou.
Balíčky s komplexním řešením
Řešení a přístup firmy CERATIZIT umožňuje vyrábět náročné tvary umělého kyčelního kloubu efektivně a kvalitně. Dosažená kvalita kontaktních a dosedacích ploch, včetně dodržení přísných tolerancí, jsou provedeny na vysoké úrovni. Dirk Martin je na tento týmový úspěch hrdý: „S tímto řešením umíme nabídnout našim zákazníkům i ostatním výrobcům umělých náhrad komplexní řešení, včetně poradenství a servisu při obrábění.“ V programu CERATIZIT zákazníci najdou balíček řešení i pro výrobu dalších umělých kloubních náhrad, jako jsou ramenní a kolenní endoprotézy.
Jan Gryč
Foto: CERATIZIT
126
