Precies passend - Wij hebben een efficiënte fabricageoplossing ontwikkeld voor een nauwkeurige aansluiting van heupschacht en gewrichtskogel!

Heupprotheses moeten met de grootste precisie worden vervaardigd. Daarbij gaat het in het bijzonder om het steekbereik van heupsteel en gewrichtskogel. De daarvoor ontwikkelde verspaningsoplossing is in feite gebaseerd op het inzetten van een U-as systeem en een vormruimer. Met deze (en andere) precisiegereedschappen worden alle vereiste toleranties aangehouden, en tegelijk stijgt de productiviteit t.o.v. conventionele productiemethoden

Wanneer een heupgewricht door bewegingsbeperkingen alsmede door aanhoudende pijnen, de levenskwaliteit nadelig beïnvloedt, en conservatieve behandelingsmethoden niet meer helpen, besluiten veel mensen om een heupprothese te laten plaatsen – in Duitsland meer dan 200.000 maal per jaar. Zij hopen op een langdurige verbetering. Buiten een goede chirurg en een eerste klas verzorging zijn ook kwalitatief hoogwaardige „heuponderdelen“ vereist.

Een prothese bestaat in de regel uit een heupsteel met gewrichtskogel, een heupkom en een tussenstuk, dat voor optimale glijdende eigenschappen zorgt. De verbinding tussen heupsteel en gewrichtskogel vraagt bijzondere aandacht. Opdat de conische vlakken exact op elkaar passen, dienen zij met de hoogste precisie en oppervlakte afwerking vervaardigd te worden.

Bij het vervaardigen van deze componenten spelen de hierbij gebruikte gereedschappen een beslissende rol. Dirk Martin, onze Application Manager verklaart: „Een heupprothese bestaat uit moeilijk verspaanbare materialen, die niet alleen met de kleinste toleranties, maar ook economisch verspaand dienen te worden. Ten slotte moet een heupprothese, met de hoogste kwaliteitseisen, voor veel mensen beschikbaar zijn. Wij werken met veel toewijding om voor zulke opdrachten een geschikte gereedschapsoplossing te vinden.”

Handig voor het vinden van de oplossingen: een grote ervaring en een breed gereedschapsspectrum

De CERATIZIT-groep is een totaalaanbieder in het verspaningsbereik, welke beroep kan doen op allerhande gereedschappen in het standaard- en speciaalbereik en over een diepgaande verspaningsknow-how beschikt. „Met ons enorm productprogramma en de expertise van onze toepassingsspecialisten zijn wij voor toepassingen zoals de bewerking van het steekbereik van heupsteel en gewrichtskogel uitstekend uitgerust“, aldus Application Manager Martin. „Wij kunnen met ons grote aanbod aan gereedschappen verschillende benaderingen uitproberen om dan uiteindelijk de optimale oplossing te vinden.“

In het geval van een heupprothese zijn de eisen aan klantzijde bijzonder groot en veelzijdig. Bij de heupsteel, vervaardigd uit de robuuste titaanlegering Ti6Al4V, is in het conisch gevormde steekbereik een hoektolerantie van amper +/- 5’ toegestaan. Verdere toleranties liggen voor de rechtheid bij 3 µm, voor de rondheid bij 8 µm, en voor de diameter bij 60 µm. Bovendien is het belangrijk dat het gespecifieerde contactoppervlak in de conus wordt bereikt en dat een exact gedefinieerd groefprofiel wordt gecreëerd.

De gewrichtskogel bestaat uit een kobalt basis legering (Co-Cr-Mo). De conische boring moet zowel aan de nauwkeurige vorm-, hoek- en maattoleranties voldoen, alsmede aan het voorgeschreven contactoppervlak. Echter, hier mogen bij het verspanen geen markeringen, inkervingen of groeven ontstaan. Dirk Martin voegt hier nog een beslissende factor aan toe: „Wij hebben een bewerkingsoplossing nodig, die voor massaproductie geschikt is. Dit betekent, dat de bewerking proceszeker én met een zo klein mogelijke inspanning aan controle moet verlopen.”

Met de flexibele U-as en speciale conische ruimer naar succes

Voor het vervaardigen van het conische buitencontour kiezen we voor de voorbewerking voor een conische VHM frees. De hieropvolgende ruw- en nabewerking gebeurt door een U-as systeem. „Daaronder verstaat men een verwisselbare, vrij programmeerbare NC-as voor bewerkingscentra“, verduidelijkt Dirk Martin, „die de gewenste contour-en draaibewerkingen mogelijk maakt. Met opzetgereedschappen en wisselplaten kunnen zowel contouren in boringen als uitwendige bewerkingen gerealiseerd worden. Dit maakt aanzienlijke verkortingen in bewerkingstijden mogelijk, met eenzelfde oppervlakte kwaliteit en hogere vormnauwkeurigheid als conventioneel.” En daarmee kan de gewenste groefstructuur op de steelconus ook op een bewerkingscentrum worden vervaardigd. Met het voordeel, dat alle bewerkingen op één enkele machine kunnen gebeuren. Op de conventionele manier zijn een draaibank en freesmachine nodig, hetgeen extra opspannen, uitlijnen, tijd en kosten met zich meebrengt.

Om de conische boring in het kogelgewricht te vervaardigen, bestaat onze oplossing uit de volgende stappen op een draaibank: Eerst wordt het werkstuk gevlakt zodat de daaropvolgende speciale VHM 180° boor met 4 snijkanten een recht aangrijpingsvlak heeft. Deze maakt dan een boring met vlakke bodem. Het contournauwkeurige uitdraaien van de conus wordt gedaan door een EcoCut Classic boor- en draaigereedschap, waar daarna een speciale VHM conische ruimer voor het ideale draaivlak, met perfecte oppervlaktekwaliteit en tolerantie, zorgt. De mogeijkheid tot naslijpen bespaart de gebruiker bijkomende kosten in de productie. Dirk Martin merkt op: „Wij kunnen het binnencontour met betrekking tot de precisie ook met een U-as maken. Maar een ruimer is bij de vereiste extreem gladde oppervlakten de betere methode.”

Perspectieven voor de toekomst

Globaal genomen worden de kritische contouren van een kunstheupgewricht met onze oplossing proceszeker en uiterst economisch vervaardigd. Het bereikte contactpatroon (contactoppervlak en draagvlak), alsook de toleranties liggen bij de beide bewerkingen ver onder de toegelaten grenzen. Dirk Martin is trots op deze teamprestatie: „Wij kunnen ons hiermee bij onze klanten, gerenommeerde ondernemingen in de medische technologie, als totaalaanbieder positioneren – met zicht op verdere opdrachten.“ Bijkomend profileert de gereedschapsspecialist voor gelijkaardige toepassingen, bijvoorbeeld kunstschouder gewrichten (eveneens met steel en gewrichtskogel) alsmede voor bevestigingen voor kuntkniegewrichten.

Onze oplossing in korte en conrete waarden

Conisch buitencontour van de heupsteel (vervaardigd op een bewerkingscentrum):

  1. Voorbewerken met een speciale VHM frees met aangebrachte hoek
    - Ø 12,0 mm / z4
    - Vc 90 m/min, Fz 0,12 mm, Apmax 16 mm
  2. Verdere bewerking door een U-as met een speciale wisselplaat met R0,8 geoptimaliseerd
    - ruwen met Ap(1): 0,20 mm en Fz(1): 0,10mm
    - finishen met Ap(2): 0,03mm en Fz(2): 0,24mm

Conische boring in de heupkogel (vervaardigd op een draaibank, met een ruimer):

  1. Voorbewerking met een speciale 180° boor (speciale VHM 180° boor D12 met 4 snijkanten) voor het maken van het gat, met vlakke bodem
  2. Gebruiken van EcoCut voor het contournauwkeurige uitdraaien (EcoCut Classic 3xD met XCNT 040102ER CTPP430
  3. Nabewerken speciale VHM conische ruimer voor de boring met 5°42‘30“ +/-5