Produzione su misura: abbiamo sviluppato una soluzione conveniente per un collegamento preciso tra stelo femorale e testina

Le protesi d’anca devono essere prodotte con la massima precisione. Questo è particolarmente importante per il collegamento tra stelo femorale e testina. La soluzione che abbiamo messo a punto si basa fondamentalmente sull’applicazione di un sistema asse U e un alesatore di forma. Con questi (e altri) utensili di precisione si rispettano tutte le tolleranze richieste, aumentando allo stesso tempo la produttività rispetto ai metodi di produzione convenzionali.

Quando limitazioni della capacità di movimento dell’articolazione dell’anca e dolori costanti condizionano la qualità della vita e i metodi di trattamento conservativo non sono più efficaci, molte persone optano per l’impianto di una protesi – in Germania si contano oltre 200.000 casi l’anno. La speranza è di ottenere un miglioramento duraturo. Per realizzare questo desiderio, oltre a un bravo chirurgo e a ottime cure sono necessarie anche “parti di ricambio” di ottima qualità.

Solitamente, una protesi di questo tipo è composta da uno stelo femorale con una testina, un cotile e un pezzo intermedio che garantisce le caratteristiche di scorrimento. Un'attenzione particolare va posta al collegamento tra lo stelo femorale e la testina che vi viene fissata sopra. Per assicurare che le superfici coniche si accoppino perfettamente, devono essere prodotte con la massima precisione e qualità della superficie.

Nella produzione di queste componenti sono quindi cruciali gli utensili utilizzati. Dirk Martin, il nostro Application Manager Medical spiega: “Una protesi d’anca consiste di materiali di difficile lavorabilità che richiedono tolleranze estremamente strette e allo stesso tempo una produzione più economica possibile. Le protesi d’anca, infatti, devono essere disponibili in qualità eccellente per il maggior numero di persone possibile. Lavoriamo con il massimo impegno per trovare utensili adatti a produzioni di questo tipo”.

Grande esperienza e un'ampia gamma di utensili: la combinazione perfetta per trovare la soluzione giusta

Il Gruppo CERATIZIT è un fornitore di soluzioni complete nel campo dell’asportazione truciolo che punta sulla disponibilità di utensili standard e speciali, oltre a disporre di conoscenze approfondite nella lavorazione ad asportazione truciolo. “Con la nostra estesa gamma di prodotti e l’esperienza dei nostri specialisti siamo preparati al meglio per affrontare lavorazioni difficili come quelle relative all'area in cui vengono fissate stelo femorale e testina”, sottolinea l’Application Manager Martin. “Grazie alla grande varietà di utensili disponibili siamo in grado di esaminare svariati approcci per trovare la soluzione ottimale”.

Nel caso di una protesi d’anca i requisiti del cliente sono particolarmente rigorosi e variegati. Nel caso dello stelo femorale in titanio altamente resistente Ti6Al4V occorre rispettare una tolleranza angolare di soli +/-5‘ nella parte conica dove vengono fissate le componenti. Ulteriori tolleranze sono 3 µm per la rettilineità, 8 µm per la circolarità e 60 μm per il diametro. Inoltre, è importante raggiungere la dimensione richiesta della superficie di contatto con il cono, e produrre un profilo estremamente preciso e definito.

La testina viene prodotta in una lega a base di cobalto (Co-Cr-Mo). Tolleranza di forma, tolleranza angolare e dimensionale da rispettare per il suo foro conico sono ugualmente strette e la superficie di contatto deve avere la dimensione stabilita. Dalla lavorazione, invece, non devono risultare segni, rigature o scanalature. Dirk Martin cita un ulteriore fattore decisivo: “Per la produzione di serie serve una soluzione ad hoc. Questo significa che la lavorazione deve avvenire in sicurezza e richiedere un monitoraggio mimino”.

Asse U flessibile e alesatore conico speciale per una lavorazione riuscita

Per la sgrossatura del profilo conico esterno abbiamo deciso di usare una fresa conica in M.D.I. Le successive lavorazioni di sgrossatura e finitura vengono realizzate con un sistema asse U. “In questo caso parliamo di un asse CN cambiabile e liberamente programmabile per centri di lavoro”, prosegue Dirk Martin, "che rende possibile qualsiasi lavorazione di profilo e di tornitura. Attraverso utensili e inserti è possibile eseguire i profili nei fori e la lavorazione esterna. Ciò normalmente consente una considerevole riduzione dei tempi di produzione, ma anche una qualità della superficie e una precisione della forma maggiori rispetto alla lavorazione convenzionale”. La desiderata struttura a scanalature può quindi essere realizzata sul cono dello stelo. Il vantaggio è che tutte le fasi di lavorazione possono essere realizzate su un’unica macchina. Per la lavorazione convenzionale, invece, sarebbero necessari un tornio e una fresatrice, la cui necessità di ulteriore staffaggio e allineamento comporta tempi e costi aggiuntivi.

Per eseguire il foro conico nella testina la nostra soluzione prevede le seguenti fasi sul tornio: prima il componente viene tornito in sfacciatura per assicurare che la punta speciale in M.D.I. a 180° possa entrare su una superficie piana. La punta produce poi un foro a fondo piano. L’alesatura del cono avviene con un utensile EcoCut Classic di foratura e tornitura, prima che un alesatore conico speciale in M.D.I. crei la superficie di contatto ideale con qualità e tolleranze perfette. L’idoneità all’affilatura consente al cliente anche un ulteriore risparmio di costi di produzione. Dirk Martin commenta: “Potremmo raggiungere una precisione sufficiente anche producendo il profilo interno con l’asse U. L’alesatura, però, costituisce il metodo migliore vista la necessità di una superficie estremamente liscia”.

Prospettive per il futuro

Considerati tutti questi aspetti, il nostro approccio garantisce quindi la produzione estremamente economica dei profili critici della protesi d’anca. La superficie di contatto (percentuale e superficie portante) e le tolleranze ottenute in entrambe le lavorazioni rispettano ampiamente i limiti prestabiliti. Dirk Martin è fiero del lavoro di squadra: “In questo modo siamo riusciti a diventare il fornitore completo del nostro cliente, una rinomata azienda nel settore medicale, con la prospettiva di ulteriori ordini”. Lo specialista di utensili dichiara quindi di essere preparato per applicazioni simili, come ad esempio protesi di spalla (anch’esse con stelo e testina) e componenti di fissaggio per protesi di ginocchio.

Una sintesi della nostra soluzione e valori concreti

Profilo esterno dello stelo femorale (prodotta sul centro di lavoro):

  1. Prelavorazione con una fresa speciale in M.D.I. con angolo integrato
    - Ø 12,0 mm / z4
    - Vc 90 m/min, Fz 0,12 mm, Apmax 16 mm
  2. Lavorazione con utensile asse U con inserto speciale ottimizzato con R0,8
    - lavorazione di sgrossatura Ap(1): 0,20mm e Fz(1): 0,10mm
    - lavorazione di finitura Ap(2): 0,03mm e Fz(2): 0,24mm

Foro conico e sfera cefalica (prodotte su un tornio con un alesatore):

  1. Prelavorazione con una punta speciale 180° in M.D.I. (punta D12 con 4 taglienti) per eseguire il foro a fondo piano.
  2. Alesatura con tolleranze strette con EcoCut (EcoCut Classic 3xD e XCNT 040102ER CTPP430)
  3. Finitura con un alesatore conico speciale in M.D.I. di un foro con 5°42‘30“ +/-5‘