Dołącz do czytelników
Brak wyników

Aktualności

28 listopada 2017

Nowe strategie obróbki komponentów ortopedycznych

0 167
Rosnący popyt na ortopedyczne elementy zastępcze i naprawcze napędzają liczne czynniki.

Części medyczne obejmują sztuczne stawy, jak również płyty, pręty i szpilki używane do naprawy lub wzmacniania obszarów ciała po wypadku lub chorobie.

Popyt na części rośnie, ponieważ wydłużeniu ulega okres życia, a starzenie skutkuje powstawaniem zapaleń stawów i osteoporozy. Światowe trendy w zakresie wzrostu masy ciała i otyłości powodują dodatkowe obciążanie stawów. Zmieniający się styl życia – od braku aktywności fizycznej u niektórych do zwiększonego uprawiania sportów u innych - w jeszcze większym stopniu wzmacnia zapotrzebowanie na odnawianie części ciała. Rozwój gospodarek wschodzących zapewnia coraz większej liczbie ludzi środki na zakup urządzeń ortopedycznych. Grupa konsultingowa Global Market Insights przewiduje, że do 2024 r. globalny rynek elementów ortopedycznych urośnie do wartości 50 miliardów euro (53 miliardy dolarów).

Konkurencja napędza rozwój narzędzi

Pięciu głównych dostawców obsługuje w przybliżeniu 85 procent wysoce konkurencyjnego rynku komponentów ortopedycznych, a o jego pozostałą, niewielką część walczy ponad 200 innych firm. W świetle tak intensywnej konkurencji producenci urządzeń nieustannie poszukują sposobów na szybsze i bardziej ekonomiczne wykonywanie części. Dzięki zastosowaniu nowych materiałów implanty stają się mocniejsze i lżejsze, a także mogą funkcjonować w ludzkim organizmie nawet przez okres 25 lat. Ponadto urządzenia ortopedyczne stanowią część ogólnego trendu w kierunku personalizacji dóbr konsumpcyjnych; producenci wyrobów medycznych poszukują sposobów dostosowania swoich produktów do indywidualnej fizjonomii i preferencji pacjenta. Różnorodność produktów stała się kluczową przewagą konkurencyjną. W rezultacie na producentów narzędzi wywierana jest presja, aby szybko opracowywać sposoby obróbki skomplikowanych konturów, a producenci narzędzi tnących koncentrują się na prędkości i elastyczności działania. Zaawansowane inicjatywy z zakresu technologii produkcji obejmują druk 3D oraz zaawansowane technologie chłodzenia w obróbce skrawaniem.

Do elementów ortopedycznych zalicza się części stawu biodrowego i kolanowego, sztuczne stawy łokciowe i skokowe, elementy do naprawy urazów, płytki kręgosłupowe oraz różnego rodzaju szpilki naprawcze, pręty i łączniki. Ponad 40 procent rynku stanowią rekonstrukcje stawów, przy czym większość z nich to rekonstrukcje stawu biodrowego i kolanowego. Kluczowe wymagania dla tych części to: wytrzymałość, niezawodność, lekkość i biokompatybilność.

Wyzwania w zakresie obróbki

Elementy ortopedyczne zazwyczaj obrabia się maszynowo z prętów, odlewów lub odkuwek, a następnie szlifuje i poleruje. W przypadku implantów biodrowych i kolanowych najpopularniejszym obrabianym materiałem jest stop kobaltowo-chromowy, choć jednocześnie wzrasta wykorzystanie stopów tytanu. Typowy stop kobaltowo-chromowy jest podobny do CoCr28Mo6, a najpowszechniejszym stopem tytanu jest Ti6Al4V.

Oba materiały są biokompatybilne, bardzo wytrzymałe i sztywne, dzięki czemu doskonale nadają się one do stosowania w komponentach ortopedycznych. Te same właściwości sprawiają jednak, że stopy te są trudne w obróbce. Stop kobaltowo-chromowy jest twardy i ścierny, charakteryzuje się wysoką elastycznością i słabo przewodzi ciepło. Stopy mogą zawierać twarde elementy ścierne, które powodują duże zużycie narzędzi ściernych, a przy tym wytwarzane w toku ich produkcji wióry są twarde i ciągłe, co wymaga szczególnej uwagi przy kontroli geometrii krawędzi skrawania.

Tytan z kolei jest bardzo lekki i wytrzymały. Twardnieje również podczas obróbki mechanicznej i jest słabym przewodnikiem ciepła. Ciepło koncentruje się na krawędzi skrawającej i powierzchni narzędzia. Połączenie wysokich temperatur, dużych sił skrawania i tarcia spowodowanego przejściem wiórów skutkuje zużyciem kraterowym i awariami narzędzi. Niski moduł sprężystości materiału, korzystny w niektórych zastosowaniach implantu, powoduje natomiast, że materiał „odskakuje” od krawędzi skrawającej, przez co konieczne jest poświęcenie szczególnej uwagi ostrości narzędzia tnącego.

Wymagane chłodziwo

Ponieważ materiały używane do produkcji implantów ortopedycznych zazwyczaj wytwarzają nadmierną ilość ciepła, konieczne jest zastosowanie chłodziwa. Jednakże w wielu przypadkach stosowanie tradycyjnych środków chłodzących jest albo zabronione, albo mocno ograniczone w celu zapobiegnięcia zanieczyszczeniu części. Tak czy inaczej, niezbędne jest zastosowanie czasochłonnych i kosztownych procesów czyszczenia po obróbce. Ponadto sam czynnik chłodzący stwarza również problemy środowiskowe w odniesieniu do polityki bezpieczeństwa i higieny pracy pracowników. Alternatywna technologia chłodzenia wymaga zastosowania technologii cięcia na sucho nadkrytycznym dwutlenkiem węgla (scCo2). Ten nadkrytyczny CO2 funkcjonuje jako metoda zapewnienia w strefie cięcia suchego i doskonalszego smarowania.

Proces ten, opracowany przez firmę Fusion Coolant Systems, zapewnia możliwość obróbki części bez użycia olejów, emulsji czy tworzyw sztucznych. Przy ciśnieniu powyżej 74 barów (1070 psi) i 31C dwutlenek węgla staje się płynem nadkrytycznym. W stanie tym wypełnia on pojemnik jak...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy