Umělé kyčelní klouby se musí vyrábět s vysokou přesností. Přitom se jedná zejména o oblast zasouvání kyčelního dříku do kloubní hlavice. Metoda obrábění, kterou jsme vyvinuli, se zakládá v podstatě na používání systému s U osou a tvarového výstružníku. Tyto (a jiné) precizní nástroje garantují dodržení všech požadovaných tolerancí a současně roste produktivita v porovnání s konvenčními metodami obrábění
Pokud kyčelní kloub, v důsledku omezení pohybu a neustálých bolestí, negativně ovlivňuje kvalitu života a konzervativní léčba již nepomáhá, mnoho lidí se rozhodne pro implantaci umělého, náhradního kloubu - v Německu se implantace provádí u více než 200.000 pacientů za rok. Věří, že se jejich zdravotní stav trvale zlepší. Aby mohlo dojít k naplnění jejich přání, kromě kvalitního operujícího chirurga a prvotřídní lékařské péče musí být k dispozici špičkové „náhradní díly“.
Taková protéza se zpravidla skládá z kyčelního dříku s kloubní hlavicí, z jamky kyčelního kloubu a z mezikusu, který zajišťuje optimální klouzání hlavice v jamce. Zvláštní pozornost si vyžaduje propojení kyčelního dříku s nasunutou kloubní hlavicí. Aby kónické plochy navzájem přesně lícovaly, jejich obrábění si vyžaduje maximální preciznost a kvalita obrobeného povrchu musí být prvotřídní.
Při výrobě těchto komponent hrají rozhodující roli používané nástroje. Dirk Martin, náš aplikační manažer pro oblast lékařské techniky, přichází s následujícím vysvětlením: „Umělý kyčelní kloub tvoří těžko obrobitelné materiály, které se musí obrábět nejenom s nejmenšími tolerancemi, nýbrž i co nejefektivněji. Náhrada kyčelního kloubu by měla být v té nejvyšší kvalitě nakonec k dispozici pro mnoho lidí. S velkým zaujetím pracujeme na tom, abychom pro takové projekty nalezli vhodná nástrojová řešení.“
Skupina CERATIZIT nabízí kompletní sortiment obráběcích nástrojů, které jsou k dispozici ve standardním i speciálním provedení, přičemž se pyšní obrovským know-how v oblasti třískového obrábění. „Díky našemu obrovskému produktovému programu a odbornosti našich aplikačních techniků jsme optimálním způsobem připraveni na řešení procesu obrábění komponent v oblasti kyčelního dříku a nasouvání kloubní hlavice, zdůrazňuje Dirk Martin (aplikační manažer). „Na základě pestré palety našich nástrojů můžeme testovat různé varianty a nakonec zvolit optimální řešení.“
V případě umělého kyčelního kloubu jsou požadavky zákazníků mimořádně náročné a různorodé. V případě kyčelního dříku vyráběného z vysokopevnostní slitiny titanu Ti6Al4V se musí v kónicky tvarované oblasti zasouvání dodržet úhlová tolerance činící pouhých +/-5‘. Další tolerance činí v případě rovinnosti 3 µm, kruhovitosti 8 µm a u průměru 60 μm. Navíc je důležité, aby se v případě kuželu dosáhlo zadaného nosného podílu (materiálový poměr profilu) a aby se vytvořil přesně definovaný profil drážky.
Kloubní hlavici tvoří slitina na bázi kobaltu (Co-Cr-Mo). Její kuželový otvor musí vykazovat tytéž vysoké tvarové, úhlové a rozměrové tolerance i stanovený nosný podíl. Při obrábění ovšem nesmějí vznikat žádné stopy, rýhy nebo žlábky. Dirk Martin uvádí ještě jeden rozhodující faktor: „Potřebujeme řešení vhodné pro obrábění v masovém měřítku. To znamená, že při obrábění musí být zajištěna maximální procesní bezpečnost a současně minimální potřeba monitorování obráběcích procesů.“
Za účelem vyrobení kónické vnější kontury jsme se rozhodli provést předobrobení pomocí TK kuželové frézy. Následující hrubování a dokončování realizuje systém s U osou. „Tím se rozumí výměnná, volně programovatelná NC osa pro obráběcí centra“, vysvětluje Dirk Martin, „která umožňuje libovolné obrábění kontur i soustružení. Pomocí výměnných nástrojů a vyměnitelných břitových destiček lze obrábět kontury v otvorech i realizovat vnější obrábění. Tím se dosáhne většinou značného zkrácení obráběcích časů při zajištění optimální kvality povrchu a vyšší tvarové přesnosti než je tomu u konvenčního obrábění.“ A tak lze požadovanou strukturu drážek na kuželu stopky vytvářet i na obráběcím centru. Výhodou je možnost provádění všech obráběcích operací na jediném stroji. V případě konvenčního obrábění by musel být k dispozici soustruh a frézka, s čímž souvisí dodatečná změna upnutí obrobku, ustavení, vyšší časová náročnost i vznikající náklady.
Za účelem vytvoření kónického otvoru v kloubní hlavici počítá naše řešení s následujícími obráběcími kroky prováděnými na soustruhu: Nejprve se obrobek čelně osoustruží, aby se vytvořil rovný náběh pro následné použití čtyřbřitého speciálního TK vrtáku 180°. Tento vrták pak vytvoří otvor s rovným dnem. Vyvrtávání kónusu podél kontury provádí nástroj na vrtání a soustružení EcoCut Classic, dříve než speciální TK kuželový výstružník zajistí ideální kontaktní plochu a současně perfektní kvalitu povrchu s požadovanou tolerancí. Nástroje jsou připravené pro ostření, tudíž lze při obrábění dodatečně ušetřit další náklady. Dirk Martin komentuje proces obrábění: „Pro precizní provedení vnitřní kontury bychom mohli použít i U osu. Za účelem dosažení požadovaného, extrémně hladkého povrchu je ovšem výstružník lepším řešením.“
Celkově vzato lze konstatovat, že se pomocí našeho řešení pro obrábění kritických kontur umělého kyčelního kloubu zajistí procesně bezpečná a mimořádně hospodárná výroba. Dosažená kontaktní plocha (nosný podíl a nosná plocha) i tolerance se v obou případech obrábění nacházejí značně pod stanovenými limity. Dirk Martin je hrdý na tento týmový výkon: „Podařilo se nám tím etablovat u našeho zákazníka, renomovaného výrobce zdravotnické techniky, jako dodavatel kompletního sortimentu - s výhledem na realizaci dalších zakázek.“ Kromě toho se nabízí využít služeb specialisty na obráběcí nástroje v rámci podobných realizací, například při výrobě umělých ramenních kloubů (rovněž s dříkem a kloubní hlavicí) i v oblasti implantování umělých kolenních kloubů.