Funkcionálisan integrált implantátumok optimálisabb gyártása
A német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) által finanszírozott közös projektben a résztvevő partnerek, az INDEX, a Paul Horn GmbH, a Beutter Präzisions-Komponenten GmbH és a Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) wbk Gyártástechnikai Intézete az orvosi iparban bizonyítják szakértelmüket. A partnerek új és modern gyártási eljárások alkalmazásával megoldották a többfunkciós, valamint a nem kerek bionikus kialakítású implantátumok gazdaságos megmunkálásának kihívásait. A hangsúlyt a három gyártási eljárásra, az excentrikus esztergálásra, a poligon esztergálásra és az esztergapörgetéses marásra helyezték.
A modern orvosi implantátumokat az ortopédia, a traumatológia és a fogtechnika területén a szilárdsággal, a biokompatibilitással és a bionikusan optimalizált geometriával szemben támasztott szigorú követelmények jellemzik. Az implantátum geometriája a csonthoz és a szövetekhez igazodik. Ennek során az implantátumok funkcionális felületei egyre kifinomultabb kialakítást kapnak annak érdekében, hogy megkönnyítsék rögzítésüket a szervezetben és kevésbé invazívvá tegyék a páciens számára. Az implantátumok új kialakítása megnöveli a gyártási költségeket, mivel a felületek már nem kör vagy négyzet alakúak. Több ívelt felületük és funkcionális elemük van, folyamatos átmenetekkel, nagyon kis helyen. Különösen a különböző gépeken végzett több gyártási lépés szükségessége okozza a költségek jelentős emelkedését. Például a pontos kezelés a munkadarab pontos újrafeszítéséhez jelentős költségtényezőt jelent. Ezért a nagyfokú funkcionális integráció ellenére a gazdaságos gyártáshoz hatékony folyamatútvonalra van szükség.
Új eljárások
Az excentrikus esztergálás, a sokszög esztergálás és az esztergapörgetés újszerű gyártási eljárásai mind ugyanazon a kinematikai elven alapulnak, mint a több szinkronizált forgó tengely. Bár ez az elv jól ismert, a nem kör alakú és görbült formákra való alkalmazása nagy kihívást jelent. Ugyanakkor a gyakorlati megvalósításnak meg kell felelnie az orvosi ipar magas minőségi követelményeinek.
A projektpartnerek újszerű gyártási eljárásokat kutattak és fejlesztettek ki a teljes folyamat és ellátási lánc mentén, a gépektől és a vezérléstechnikától a szerszámtervezésen át a prototípusokig és az előszériás gyártásig. A gyártási folyamatokat ismert módszerek alapján, azonos matematikai elvek alapján szimulálták és tervezték meg, hogy meghatározzák a szerszámmal és a géppel szemben támasztott követelményeket. A vizsgálatokat laboratóriumi körülmények között végzett egyenértékűségi vizsgálatokra, valamint laboratóriumi és alkalmazásközeli környezetben végzett előszériás vizsgálatokra osztották. A mérnökök mind a gép-, mind a szerszámtechnológiára összpontosítottak az egyes folyamatok fejlesztése és tervezése során.
Rotationsunrunddrehen – Az excentrikus esztergálás, a sokszög esztergálás és az esztergapörgetés újszerű gyártási eljárásai hatékonyabbá tették az implantátumgyártást
Az excentrikus esztergálás során egy forgó, nem kör alakú szerszámot egy forgó munkadarab mentén vezetnek, amelyhez pozicionális csatolás kapcsolódik. A fordulatszámokat bizonyos arányba hozzák egymással. Így az alkatrészen bizonyos határokon belül a körön kívüli alakot reprodukáljuk. Az eljárás nagy termelékenységű excentrikus külső kontúrok gyártását teszi lehetővé. A szerszám forgása csökkenti a vágóél hőterhelését, ami hosszú szerszámélettartamot biztosít. Az eljárás lehetővé teszi a kúpos profilok gyártását is.
A sokszög esztergálás nem kör alakú, hipotrochoid alakú külső és belső kontúrok előállítására szolgáló eljárás. Az eljárás a forgó excentrikus esztergáláshoz hasonlóan nem kör alakú kontúrok esztergapadokon történő előállítására ad lehetőséget. Az eljárás során a munkadarab és a szerszám párhuzamos tengelyei tengelytávolsággal eltolódnak egymástól, és pozíciós csatolással meghatározott fordulatszám-arányba kerülnek. A tengelytávolság, a munkadarab és a szerszám sebességének aránya és a betétek vágási átmérője határozza meg a kontúr méretét. A sokszög esztergáláshoz használt szerszámrendszer egyedileg igazodik a gyártandó munkadarab kontúrjához.
A forgópörgetéses marás rendkívül produktív eljárás a csontcsavarok menetének előállítására. Egy vagy két körkörös marót bizonyos szögben állítanak be a munkadarabhoz. A marók és a munkadarab forgásiránya lehet azonos vagy ellentétes. A munkadarab és a két marógép sebességének aránya a menetszámtól és a maróbetétek számától függ. A forgó örvénymarás most először használható a menetprofil dinamikus változtatásával valóban változó menetmagasságú menetek gazdaságos előállítására is.
A sorozatgyártáshoz közeli tesztek sikeresek
A sorozatgyártás közeli környezetben végzett sikeres tesztekkel a ZykloMed projekt partnerei egy nagy lépéssel közelebb kerültek a kutatási projekt céljához, a többfunkciós és nem kerek bionikus kialakítású implantátumok gazdaságos gyártásához. A mérnökök bebizonyították, hogy a szinkronizált gyártási folyamatok lehetővé teszik a korszerű implantátumok gazdaságos gyártását. Az új alkatrészgeometriák gyártása mellett az eljárások optimalizálási lehetőségeket kínálnak a meglévő implantátumok gazdaságos gyártásához, valamint az orvosi iparon kívüli lehetséges alkalmazásokhoz is.
Bővebb információ: www.horn-group.com/hu
