Nella rettifica e lucidatura delle aree interne delle coppe acetabolari, per la maggior parte dei produttori, i processi basati su CNC sono ancora la soluzione di lavorazione preferita. Tuttavia, con la levigatura in un vibratore circolare e un dispositivo di serraggio sviluppato specificamente per questa applicazione, è disponibile un processo significativamente più economico, che è meno complesso e raggiunge facilmente e in modo riproducibile i valori di rugosità richiesti. Rösler Oberflächentechnik ha sviluppato un processo a due stadi in cui possono essere lavorate fino a 35 coppe acetabolari contemporaneamente. Questo è reso possibile da un dispositivo di serraggio appositamente progettato.
Le coppe acetabolari o le coppe di rivestimento per applicazioni "Dual Mobility" sono generalmente realizzate in cobalto-cromo o titanio, vengono prodotte mediante lavorazione meccanica e ricevono successivamente una prima lavorazione superficiale tramite rettifica fine o tornitura fine. Dopo questo processo di lavorazione, il valore Ra dei pezzi grezzi si trova solitamente in un intervallo tra 1 e 0,6 µm. Tuttavia, per l'uso nel corpo umano, il valore di rugosità deve essere significativamente più basso, precisamente al massimo 0,05 µm. Solo in questo modo si garantisce che la coppa di rivestimento funzioni in modo ottimale, venga adeguatamente bagnata con lubrificanti naturali del corpo e non si verifichi un aumento dell'attrito tra l'inserto in PE e la coppa metallica.
Rettifica delle superfici interne come sfida di lavorazione
Per la tecnologia di levigatura, la sfida particolare in questo caso di lavorazione non è nel raggiungimento del valore di rugosità richiesto, ma nella posizione critica della superficie da lavorare all'interno di un emisfero. Questa rappresenta una geometria di tipo "cavità" alla quale i corpi abrasivi non possono seguire attivamente.
Con il movimento libero dei pezzi nel contenitore di lavorazione, gli spazi interni si riempirebbero di corpi abrasivi, ma una lavorazione efficace avverrebbe esclusivamente sulle superfici esterne, poiché all'interno non si genera un movimento relativo sufficiente.
In questo caso concreto, Rösler può mettere a frutto tutta la sua esperienza nella lavorazione superficiale e, in particolare, nella tecnologia di levigatura, beneficiando anche dello sviluppo e della produzione interna. "Lavoriamo le coppe acetabolari in un vibratore circolare senza cupola. Questi impianti sono stati originariamente sviluppati per l'industria aerospaziale, dove componenti di alta qualità e complessi devono essere lavorati in modo particolarmente delicato per il materiale, ma allo stesso tempo con elevate capacità di asportazione. Questa forma speciale del contenitore di lavoro si differenzia da un vibratore circolare classico in quanto il motore non si trova nella cupola centrale del contenitore di lavorazione, cioè nella cupola, ma all'esterno del contenitore di lavoro. In questo modo si crea spazio all'interno per un dispositivo di serraggio con un inserto unico, in cui le coppe acetabolari possono essere fissate saldamente", spiega Michael Striebe, Global Sales and Process Expert di Rösler. In questo modo, il movimento relativo si trasferisce anche sulle aree interne delle coppe acetabolari e il processo di rettifica e lucidatura può essere avviato.
Come materiali di processo, Rösler utilizza corpi abrasivi in plastica sviluppati specificamente per la tecnologia medica e un agente di lucidatura a secco. I corpi abrasivi sono così finemente strutturati che possono essere ottenute rugosità superficiali molto basse di sotto di Ra 0,05 µm nella fase di pre-levigatura. La struttura omogenea e fine garantisce quindi la superficie perfetta per la lucidatura finale. In questo processo, la rugosità viene ulteriormente migliorata a 0,02 µm o inferiore. La durata della lavorazione dipende dal materiale di base utilizzato e dallo stato del pezzo grezzo.
Levigatura come alternativa più economica alla finitura robotizzata
La lucidatura e la rettifica delle coppe acetabolari tramite robot avviene generalmente rapidamente, tuttavia si genera un notevole sforzo a causa della programmazione, del monitoraggio del processo e della compensazione dell'usura per ogni singolo componente. La lucidatura robotizzata significa che ogni pezzo deve essere preso e fissato singolarmente. Per ogni dimensione del pezzo è necessario un programma robotico specifico e definito con precisione. A questo si aggiunge l'usura degli utensili: che si tratti di utensili di lucidatura, spazzole o altri utensili speciali, l'asportazione cambia continuamente, e questa usura deve essere considerata nel processo. Il robot stesso non può compensare questo, poiché segue solo un percorso predefinito. Lo stesso vale per la lavorazione finale manuale, che è anch'essa rapida, ma completamente non economica. Il rischio di irregolarità nella qualità è un ulteriore rischio, poiché l'operatore non può sempre mantenere gli stessi parametri di lavorazione e trovare personale esperto per questi processi di lavorazione è sempre più difficile.
Nella levigatura in un vibratore circolare senza cupola, invece, dopo il caricamento dell'impianto, è sufficiente definire solo il tempo di lavorazione, il resto del processo viene gestito automaticamente dalla macchina. Non è necessario né un operatore né un'ulteriore automazione - l'impianto ha bisogno solo di materiali abrasivi o di lucidatura, acqua e elettricità. Anche l'usura del materiale abrasivo non ha effetti sul risultato della lavorazione in questo processo. Solo il livello di riempimento nell'impianto deve essere mantenuto costante.
"Il risultato è una qualità superficiale più costante e complessivamente più elevata con strutture più uniformi", spiega Michael Striebe, che da circa dieci anni assiste i clienti nel settore della tecnologia medica nella sua funzione di Global Sales and Process Expert presso Rösler: "Dalla mia esperienza, ritengo che le superfici levigate siano più fini e di qualità superiore, e questo è particolarmente evidente dal fatto che superiamo regolarmente i valori di rugosità richiesti. A seconda della rugosità iniziale, sono possibili risultati superficiali di Ra 0,01 µm - rispettando tutte le tolleranze di forma. Una qualità eccezionale che sottolinea l'efficienza e l'efficacia di questo processo."
Monitoraggio del processo e aumento dell'efficienza attraverso la digitalizzazione
Nei processi di lavorazione superficiale nella tecnologia medica, in particolare quando si tratta di impianti, non sono solo l'economicità del processo e il rispetto rigoroso dei valori di rugosità e delle tolleranze di forma a essere in primo piano. Oltre al raggiungimento riproducibile della qualità superficiale richiesta, l'intero processo di lavorazione deve essere completamente tracciabile e documentato in modo continuo nella sua origine, stabilità e ripetibilità. Un monitoraggio completo dei pezzi e dei processi è una condizione centrale per processi di produzione validati e conformi agli audit.
Questi requisiti possono essere completamente soddisfatti con l'attuale versione del software di digitalizzazione Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort. Il software monitora e digitalizza automaticamente la qualità dell'acqua di processo, preleva autonomamente campioni a intervalli definiti, documenta i risultati delle misurazioni e compensa automaticamente le deviazioni mediante l'aggiunta mirata di additivi definiti. In questo modo si garantisce una qualità dell'acqua di processo stabilmente duratura, si supporta la riproducibilità dei risultati di lavorazione e si garantisce una qualità costantemente elevata dei componenti lavorati. Se il sistema rileva la necessità di ulteriori azioni, informa l'operatore e fornisce un'istruzione chiara e documentabile. Tutte le modifiche apportate vengono anch'esse documentate e sono sempre rintracciabili.
Soluzione sostenibile, su misura per il settore
Con lo sviluppo di questo efficiente processo di rettifica e lucidatura nel vibratore senza tamburo, Rösler offre un'alternativa economica alla lucidatura classica con robot o manuale. L'elevato impiego di personale nella lucidatura manuale viene ridotto di circa il 70-80% nella rettifica a vibrazione, solo il caricamento deve ancora essere effettuato manualmente. Un'alta riproducibilità, un'eccellente qualità della superficie e la possibilità di monitoraggio e controllo digitale del processo tramite Rösler Smart Solutions (RSS) Comfort rendono il metodo una soluzione sicura per il futuro per la lavorazione precisa delle pentole di sollevamento. "Nello sviluppo del processo di lavorazione abbiamo esaminato attentamente i punti critici dei metodi di mercato e la nostra soluzione è stata esattamente adattata a questi", spiega Michael Striebe. "Questo è stato possibile solo grazie alla competenza combinata in ingegneria meccanica, sviluppo di processi e produzione di materiali di processo, che sono riuniti sotto lo stesso tetto presso Rösler. Il futuro della lavorazione delle pentole di sollevamento risiede nel vibratore senza tamburo."
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