Témata

Efektivní obrábění kloubních náhrad

Náhrada kyčelního kloubu musí být vyrobena s vysokou přesností a citlivostí. Konkrétně se jedná o výrobu kovových komponent skládajících se z kyčelního dříku, hlavice a kloubní jamky. Přesné obrábění těchto komponent je praktikováno mechatronickým nástrojem s řízenou U osou, multifunkčními nástroji FreeTurn a EcoCut a speciálním tvarovým výstružníkem. Celkové řešení z dílny společnosti Ceratizit nabízí vysokou preciznost a efektivnost obrábění ve srovnání s konvenčními výrobními metodami.

Ivan Heisler

V redakci časopisu MM Průmyslové spektrum zastává pozici odborného redaktora. Vystudoval obor Stavební údržba a rekonstrukce tratí na Vysoké škole dopravy a spojů v Žilině. Po ukončení studia pracoval jako projektant ve Státním ústavu dopravního projektování, poté jako redaktor odborných publikací pro uživatele osobních počítačů a jako šéfredaktor časopisu Počítač pro každého. Do MM Průmyslového spektra nastoupil v roce 2021.

Reklama

Pokud kyčelní kloub ovlivňuje kvalitu života tím, že omezuje pohyb a způsobuje chronickou bolest, a jestliže konzervativní metody léčby již nepomáhají, jedinou možností je endoprotéza kyčelního kloubu – jen v Německu je průměrně provedeno více než 200 000 těchto operací za rok. Ti, kteří se vydají touto cestou, doufají v dlouhotrvající zlepšení. Aby se tato naděje stala skutečností, potřebuje pacient nejen dobrého chirurga a prvotřídní péči, ale také ty nejkvalitnější „náhradní díly“. Jak k tomu může přispět výrobce řezných nástrojů, na to jsme se zeptali technického ředitele společnosti Ceratizit Jana Gryče.

Sestava kyčelního kloubu se skládá z kyčelního dříku, kloubní hlavice, mezikusu a kloubní jamky. (Zdroj: Ceratizit)

MM: Které části tvoří náhrada kyčelního kloubu a jaké materiály se pro jejich výrobu používají?

J. Gryč: Kompletní kyčelní implantát se skládá ze dvou částí, z acetabulární (acetabula je jamka kyčelního kloubu, tvořená pánevními kostmi) a femorální (stehenní) komponenty. Femorální komponenta se skládá z dříku a hlavice, které se vyrábějí ze slitiny titanu nebo ze slitiny kobaltu a chromu. Další materiálovou modifikací hlavice je keramika. Acetabulární komponenta se skládá z kloubní jamky a plastové výplně. Kloubní jamka se vyrábí převážně z chirurgické oceli a plastová výplň z kvalitního polyetylenu. Úkolem výplně je zajistit optimální kluzné vlastnosti a co nejvíce snížit tření mezi kovovými komponenty. Spojení mezi kyčelním dříkem a kloubní hlavicí vyžaduje zvláštní pozornost. Aby kuželové plochy do sebe přesně zapadly, musí být vyrobeny s nejvyšší přesností a kvalitou opracování styčných povrchů.

Komtronic s řízenou U osou patří mezi mechatronické nástroje a obráběcím centrům díky řízené ose U propůjčuje soustružnické funkce. V jedné operaci tento nástroj nahrubuje a dokončí tento kyčelní dřík. (Zdroj: Ceratizit)
Reklama
Reklama

MM: Proč je v tomto případě nutné věnovat řezným nástrojům tak velkou pozornost a v čem je tato aplikace specifická?

J. Gryč: V případě umělého kyčelního kloubu jsou požadavky zákazníků zvláště náročné a různorodé. U kyčelního dříku vyrobeného z vysoce pevné titanové slitiny Ti6Al4V musí být v kuželové oblasti zachována úhlová tolerance pouze +/–5‘. Další tolerance jsou 3 µm pro přímost, 8 µm pro kruhovitost a vysoké tolerance musí být dosaženo i na průměru. Je také důležité, aby kužel dosahoval stanovené kontaktní plochy a aby byl vytvořen přesně definovaný profil.

Kloubní hlavice je náročným komponentem, který vyžaduje přesné a kvalitní opracování. (Zdroj: Ceratizit)

Kloubní hlavice je vyrobena z kvalitní korozivzdorné oceli. Vnitřní kuželový otvor musí být ve stejně vysoké tvarové, úhlové a rozměrové toleranci, stejně jako kontaktní plocha. Při obrábění nesmí vzniknout žádné stopy, rýhy nebo jiné nerovnosti. Dirk Martin, aplikační manažer, zodpovědný za oblast „medical segment“ v naší společnosti, dodává další zásadní faktor: „Potřebujeme výrobní řešení, které je vhodné a aplikovatelné pro hromadnou výrobu. To znamená, že zpracování musí být procesně spolehlivé a s co nejmenšími nároky na kontrolu.

Hrubování a dokončování vnějšího tvaru hlavice probíhá za použití nástroje FreeTurn. (Zdroj: Ceratizit)

Použité nástroje Ceratizit hrají při výrobě těchto komponentů zásadní roli. Umělý kyčelní kloub se skládá z obtížně obrobitelných materiálů, které je nutné obrábět nejen v nejpřísnějších tolerancích, ale také co nejefektivněji. V konečném důsledku by umělá náhrada kyčelního kloubu měla být vysoce kvalitní a dostupná pro co nejvíce lidí. S velkým nasazením pracujeme na zdokonalování a hledání vhodných nástrojových řešení a způsobu výroby.

O hrubování vnitřního kuželového otvoru se stará nástroj EcoCut. (Zdroj: Ceratizit)
Reklama

MM: V čem tedy spočívá inovované obrábění dříku a hlavice kloubu?

J. Gryč: Naši aplikační specialisté inovovali výrobní postup a kónický profil nesymetrického dříku obrábíme v jedné operaci mechatronickým nástrojem s řízenou osou nazvaným U-axis system Ceratizit. Jde o přídavnou, volně programovatelnou, NC osu určenou pro obráběcí centra, kterou lze použít pro soustružení a obrábění vnějších i vnitřních kontur. Obrábění tímto nástrojem lze realizovat pomocí zaměnitelných předních nástrojů osazených vyměnitelnými ISO destičkami. To umožňuje provést finální zpracování jedním nástrojem na jediném stroji, zkrátit tak výrobní čas a optimalizovat výrobní proces při vyšší rozměrové přesnosti a efektivnosti oproti konvenční výrobní metodě. V jejím případě je zapotřebí více strojů, tj. soustruh a frézka, což znamená více manipulace a vyšší náklady.

„Naši specialisté vyvinuli efektivní řešení pro výrobu komponent umělého kyčelního kloubu,“ říká Jan Gryč, technický ředitel společnosti Ceratizit. (Zdroj: Ceratizit)

Kloubní hlavice se vyrábí na soustruhu a naše firma pro toto řešení nabízí multifunkční nástroje nazvané FreeTurn a EcoCut. První nástroj kompletně obrobí vnější konturu koule a druhý nástroj vyvrtá a vyhrubuje vnitřní kónický otvor. Finální přesný otvor s vysoce kvalitním opracováním dokončí speciální výstružník z dílny Ceratizit. Cílem spolehlivého výrobního procesu je kvalitní a přesné obrobení a zejména dobrá kontrola tvaru třísek a jejich odchodu. Kontrola třísek je při obrábění těchto materiálů nezbytná.

Dokončení kuželového otvoru provede speciální tvarový výstružník. (Zdroj: Ceratizit)

MM: Co je hlavní devízou vašeho řešení a nabízíte podobné kompletní balíčky nástrojů i pro jiné zdravotnické aplikace?

J. Gryč: Toto řešení a přístup firmy Ceratizit umožňují vyrábět náročné tvary umělého kyčelního kloubu efektivně a kvalitně. Kvalita kontaktních a dosedacích ploch, včetně dodržení přísných tolerancí, dosahuje vysoké úrovně. Jde o náš týmový úspěch, na který jsme hrdí, protože díky němu umíme nabídnout našim zákazníkům a ostatním výrobcům umělých náhrad komplexní řešení, včetně poradenství a servisu při obrábění. V našem programu zákazníci najdou balíčky řešení i pro výrobu dalších umělých kloubních náhrad, jako jsou např. ramenní a kolenní endoprotézy.

Kompletní řešení Ceratizit pro výrobu femorální komponenty kyčelního kloubu. (Zdroj: Ceratizit)
Související články
Systém pro kontrolu a optimalizaci obrábění

Společnost Ceratizit představuje systém pro digitální budoucnost třískového obrábění. Monitorovací a regulační systém ToolScope neustále zaznamenává signály přicházející ze stroje, které vznikají v rámci výrobního procesu. Tato data se vizualizují a používají pro monitorování a regulaci řezného procesu a stroje. Výsledkem optimalizace je zpravidla dvouciferné procentuální zlepšení bezpečnosti procesu, zkrácení doby cyklů a prodloužení životnosti nástroje.

Všestranná kontrola obráběcího procesu

Podstatným prvkem digitální budoucnosti třískového obrábění jsou monitorovací a regulační systémy. Takovým nástrojem je i systém ToolScope od společnosti Ceratizit. Systém zaznamenává data z řídicího systému stroje a na základě jejich vyhodnocení může automaticky zasahovat do výrobního procesu. Tím pomáhá optimalizovat celý proces a zvyšuje jeho bezpečnost.

Semináře v technickém centru na Vysočině

S nástupem jara po mnoha měsících konečně ustupuje koronavirová pandemie a lidé se mohou ve větším počtu setkávat jak na sportovních a kulturních akcích, tak i na těch firemních. Na tuto dobu se těšili také v Technickém centru společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí. Navázali na úspěšné programy z minulých let a pro své zákazníky naplánovali řadu odborných seminářů. O jejich programu jsme hovořili s Janem Gryčem, technickým ředitelem firmy.

Související články
100 let zkušeností
a inovace pro budoucnost

Když dr. Paul Schwarzkopf v červnu roku 1921 založil společnost Metallwerk Plansee GmbH, prošlapal nejen cestu pro průmyslovou výrobu z wolframu a molybdenu, a tím i pro bezpočet vývojových trendů moderního života, ale zároveň položil základy pro skupinu Ceratizit, která vznikla v roce 2002 spojením firem Plansee Tizit a Cerametal. Skupina Ceratizit se za svou stoletou historií a zkušenostmi ohlédla na letošním veletrhu EMO v Miláně.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
EMO zrcadlem pokroku a inovací

Při příležitosti prezentace veletrhu EMO 2017 Hannover před evropskou novinářskou obcí se uskutečnilo i pražské zastavení. Zastoupení Deutsche Messe pro ČR zorganizovalo tiskovou konferenci, které se vedle generálního ředitele EMO Hannover Christopha Millera účastnil i tiskový mluvčí hannoverského veletržního komplexu Hartwig von Sass spolu s ředitelem českého svazu SST Ing. Paclíkem a předsedou Společnosti pro obráběcí stroje doktorem Smolíkem.

Pořádná špona je dnes věda

S obráběním, vrtáním pomocí nástroje začali pravděpodobně jako první už staří Egypťané cca 4 000 let před naším letopočtem, přičemž využívali tětivu luku – základ smyčcového soustruhu. Potom přišel středověk, dále Leonardo da Vinci a návrh prvního soustruhu… Technologie třískového obrábění ale v porovnání s dnešní dynamikou vývoje postupovala jen pomalu.

Strojírenské fórum 2018: Inteligentní výroba

Další z již tradičních setkání odborníků (nejen) z oblasti výroby – podzimní Strojírenské fórum – se odehrálo 8. listopadu, tentokrát v prostorách Ústavu výrobních strojů a zařízení a RCMT FS ČVUT v Praze.

Souhra strojařů

Snad každého strojaře potěší pohled na kus poctivě odvedeného řemesla. Pokud je taková práce spojená ještě s radostí, houževnatostí při překonávání nástrah podnikání a to vše v domácké atmosféře, je to skutečně silný zážitek. Přesně takové pocity jsme měli při naší návštěvě Šterclovy strojírny. Tato rodinná firma s desetiletou tradicí vyrábí díly na bývalém statku v Domašově nedaleko Šternberku.

Inovativní produkce a produkce s efektivním využíváním zdrojů

Na přelomu února až března 2013 se v lipských veletržních halách opět setkají vystavovatelé veletržní kombinace strojírenského veletrhu intec a subdodavatelského veletrhu Zuliefermesse z branže kovozpracujícího, zpracovatelského a subdodavatelského průmyslu.

Nové soustružnické destičky s detekcí opotřebení

Obrábění ocelí není snadná disciplína, na tom se shodne většina expertů z oboru třískového obrábění. Ti vítají jakékoliv řešení, které jim obrábění usnadní. A to je jeden z důvodů, proč se společnost Ceratizit rozhodla inovovat své soustružnické sorty. Inovaci zahájila pro nejrozšířenější skupinu – pro třídu ISO-P pro soustružení ocelí. Nové břitové destičky ve třídě ISO-P, které navíc disponují identifikační vrstvou pro snadné rozpoznání opotřebení, jsou dostupné od letošního ledna. Na podrobnosti jsme se zeptali technického ředitele firmy Ceratizit Jana Gryče.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

Řešení pro každý požadavek

Společnost Ceratizit Česká republika je dlouholetým partnerem časopisu MM Průmyslové spektrum. Články o produktech z dílny společnosti Ceratizit (dříve WNT) jsou součástí všech vydání (tak široké je jejich portfolio!), a proto v tom prvním letošním doprovázíme produktový článek ještě rozhovorem s obchodním ředitelem Janem Úlovcem. Ptali jsme se na to, jak si po dvou letech zvykli na novou značku, jak zvládli loňský rok, co je nového, a neopomněli jsme ani téma tohoto vydání, jímž je formařina.

Pod společnou značkou mnohem více nástrojů

Společnost WNT z Velkého Meziříčí patří do skupiny Ceratizit group již téměř od počátku vzniku skupiny. K jejímu přejmenování na Ceratizit Česká republika došlo až v nedávné době s připojením dalších dvou společností: Klenk a Komet. Společně nyní vystupují pod sloganem Ceratizit Cutting Team. Co tato synergie uživatelům těchto nástrojů přinese? To a mnohem více se dočtete na následujících řádcích.

Vzniká nástrojářský gigant

Na stránkách MM Průmyslového spektra jsme již několikrát informovali o akvizicích a rozšiřování skupiny Ceretizit. V nedávné době započala integrace nového člena skupiny společnosti Komet, výrobce přesných nástrojů pro vrtání, vystružování, závitování a frézování. Ptali jsme se Petra Čápa, výkonného ředitele společnosti Komet pro Českou republiku a Slovensko, nejen na to, jak slučování vnímá a co si od spojení slibuje, ale také na budoucnost řezných nástrojů a potenciál nově nastupujících technologií.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit