Nove strategije strojne obdelave ortopedskih komponent
09.01.2018
Številni dejavniki povečujejo povpraševanje po ortopedskih vsadkih in medicinskih pripomočkih za zdravljenje poškodb. Medicinski deli vključujejo umetne sklepe ter ploščice, palice in zatiče za zdravljenje ali ojačanje delov telesa po nesreči ali bolezni.
Povpraševanje se povečuje skupaj z daljšanjem življenjske dobe, saj staranje prinaša tudi bolezni, kot sta artritis in osteoporoza. Skeletni sklepi so vse bolj obremenjeni, saj je glede na svetovne trende vse več ljudi s prekomerno telesno težo. Povpraševanje po nadomestnih telesnih delih se povečuje tudi zaradi novih življenjskih slogov, od pomanjkanja telesne dejavnosti pri nekaterih do aktivnega športnega udejstvovanja pri drugih. Z razvojem gospodarstev v vzponu si lahko vse več ljudi privošči ortopedske pripomočke. Svetovalno podjetje Global Market Insights napoveduje, da bo svetovni trg ortopedskih pripomočkov do leta 2024 vreden 50 milijard EUR (53 milijard USD).
Konkurenca spodbuja razvoj orodij
Približno pet večjih dobaviteljev si lasti 85 odstotkov visoko konkurenčnega trga ortopedskih pripomočkov, za preostali del pa se bori več kot 200 drugih podjetij. Pri tako hudi konkurenci proizvajalci pripomočkov nenehno iščejo nove načine za hitrejšo in stroškovno učinkovitejšo izdelavo delov. Iz novih materialov izdelujejo bolj vzdržljive in lažje vsadke, ki lahko svojo funkcijo v človeškem telesu opravljajo do 25 let. Poleg tega na trgu ortopedskih pripomočkov opažamo tudi naraščajoči trend prilagajanja po meri uporabnikov. Proizvajalci medicinskih pripomočkov svoje izdelke na različne načine prilagajajo glede na fiziognomijo in želje pacientov. Raznolikost izdelkov je postala ključna konkurenčna prednost. Prav zato se proizvajalci strojnega orodja pogosto znajdejo pod pritiskom, saj morajo razvijati nove načine hitre strojne obdelave zahtevnih kontur, orodjarji pa se pri razvoju tehnologij rezalnih orodij osredotočajo na hitrost in prilagodljivost. Napredni koncepti proizvodne tehnologije vključujejo 3D-tiskanje in napredne tehnologije hlajenja v postopkih strojne obdelave.
Tipične komponente
Ortopedski pripomočki vključujejo vsadke za kolk in koleno, umetne sklepe za komolec in gleženj, pripomočke za zdravljenje poškodb po travmi, medvretenčne ploščice in različne zatiče, palice ter spojne elemente. Rekonstrukcija sklepov sestavlja več kot 40 odstotkov trga, pri čemer gre večinoma za menjavo kolka in kolena. Ti deli morajo biti predvsem vzdržljivi, zanesljivi, lahki in biološko združljivi.
Izzivi na področju strojne obdelave
Ortopedske komponente se običajno strojno obdelujejo iz kovinskih palic, litih ali kovanih kosov, nato pa sledi brušenje in poliranje. Vsadki za kolk in koleno so najpogosteje izdelani iz zlitine iz kobalta in kroma, v porastu pa je tudi uporaba titana. Tipična zlitina iz kobalta in kroma je podobna CoCr28Mo6, ko pa govorimo o titanu, se najpogosteje uporablja titanova zlitina Ti6Al4V.
Oba materiala sta biološko združljiva ter zelo močna in toga, zato sta odlična za uporabo v proizvodnji ortopedskih komponent. Vendar pa je strojna obdelava teh zlitin prav zaradi teh lastnosti zahtevna. Zlitina iz kobalta in kroma je trda in abrazivna, ima visoko stopnjo elastičnosti in slabo prevaja toploto. Zlitine lahko vsebujejo trde, abrazivne elemente, ki povzročajo hudo obrabo orodja zaradi abrazije, med obdelavo pa nenehno nastajajo trdi odrezki, zaradi česar je treba posebej upoštevati geometrije rezalnega roba za odvajanje odrezkov.
Titan je zelo lahek in vzdržljiv material, vendar pa med strojno obdelavo titana pride do kaljenja obdelovanca. Material tudi slabo prevaja toploto. Toplota se zadržuje na rezalnem robu in čelu orodja. Kombinacija visokih temperatur, visokih rezalnih sil in trenja med prehajanjem odrezkov povzroča kotanjasto obrabo in okvaro orodja. Titan ima nizek elastičnostni modul, kar pri nekaterih aplikacijah vsadkov predstavlja prednost, pri obdelavi pa se zaradi tega odbije od rezalnega roba, zato je treba posebno pozornost nameniti ostrini rezalnega orodja.