Produktivní obrábění pro lékařské účely

Precizní nástroje jsou využívány pro výrobu traumatologických a ortopedických implantátů kyčelních a kolenních kloubů, také při zhotovení dlah ramenních kloubů i kostních dlah. Velké uplatnění nalézají i v dentální technice pro zhotovení zubních náhrad. Speciální program medicínských nástrojů z korozivzdorných ocelí pak umožňuje operujícím lékařům implantáty správně voperovat do lidského těla.

V moderní chirurgii a ortopedii jsou dnes již neodmyslitelné implantáty nutné ke stabilizaci zlomenin kostí nebo také k náhradám poškozených kloubů. V prvním případě podporují uzdravovací proces a pomáhají při dokonalém zacelení zlomeniny. Ve druhém případě náhrady celých kloubních systémů vracejí zpět pacientům mobilitu i pohyblivost a pomáhají jim opět ke zvýšení kvality života.

Na základě požadavků na vysokou korozní odolnost a velmi dobrou biologickou kompatibilitu jsou traumatologické a ortopedické implantáty vyráběny z velmi kvalitních korozivzdorných ocelí nebo titanových slitin. S obráběním těchto materiálů má firma Gühring již dlouholeté zkušenosti, protože tyto konstrukční materiály se hojně používají také v letectví a kosmonautice, energetice, ve stavebních a chemických zařízeních. Vlastní velké oddělení výzkumu a vývoje navrhuje a zkouší nejvhodnější optimální geometrie nástrojů. V tomto oddělení je také velký potenciál pro simulace a analýzy. K tomu jsou k dispozici nejmodernější technické nástroje jako FEM, vysokorychlostní kamera i termokamera, také REM mikroskopy. Nechybí ani měřicí zařízení řezných sil během obrábění, včetně nejnovějších CNC obráběcích center. Divize výroby slinutých karbidů dodává perfektní řezné materiály a divize vývoje povlaků přináší ideální tenké vrstvy s potřebnými vlastnostmi, nutnými pro opracování těžce obrobitelných materiálů s maximálním výkonem, vysokou přesností a optimální hospodárností i s patřičnou maximální procesní stabilitou.

Pro klasické vrtání implantátů jsou nejvhodnější karbidové monolitní vrtáky RT 100 VA, které splňují nejnáročnější požadavky na perfektní opracování těžko obrobitelných materiálů. S těmito ratio vrtáky je obrábění rychlé, jednoduché, spolehlivé a efektivní.

^-1, trvanlivost nástroje činí 30 m.

Pro menší množství i méně stabilní strojní vybavení a upnutí jsou nejvhodnější vrtáky z kobaltové rychlořezné oceli GU 500. Mají zesílenou stopku a v těchto materiálech dosahují rovněž vynikajících výsledků.

Nástroje pro hluboké vrtání se hojně používají při výrobě traumatologických implantátů – především třeba při odvrtávání kanylovaných nitrodřeňových hřebů, například rekonstrukčních retrográdních femorálních. Konstantních vysokých výkonů a přesnosti pro tyto aplikace v nerezových ocelích a titanu dosahují šroubovité monolitní karbidové ratio vrtáky RT 100T až do hloubek 40x D. Speciálně optimalizovaná geometrie, řezný materiál i tenká vrstva zaručují vysoké řezné parametry, perfektní jakost povrchu a spolehlivý odchod třísek zvlášť z hlubokých děr.

Příklad z vrtání implantátu: Průměr vrtáku 8,0 mm, tenká vrstva TiAlN, obráběný materiál nerezová ocel X6CrNiTi1810 (1.4541), hloubka vrtání 210 mm, průchozí díra, vnitřní chlazení emulzí, obrobeno na obráběcím centru se stabilním upnutím, řezná rychlost vc = 30 m.min-1 a posuv f = 0,08 mm.ot.^-1, trvanlivost nástroje činí 11 m.

Příklad z aplikace hlubokého vrtání: Vrták EB 80 o průměru 6,0 mm, tenká vrstva TiCN, obráběný materiál titanová slitina TiAl4V6, obrobeno na obráběcím centru se stabilním upnutím, řezná rychlost vc = 25 m.min-1 a posuv f = 0,006 mm.ot.-1, trvanlivost nástroje činí 2,0 m.

Vysoké výkony a extrémní přesnost jsou vlastnostmi vysoce výkonných výstružníků HR 500 a NC výstružníků. Zdravotnické implantáty musí perfektně sedět a trvale fungovat. Aby mohly být tyto vstupní požadavky optimálně splněny, záleží na vysoké přesnosti již při vlastní výrobě. Výstružníky mají nejlepší předpoklady pro konstantní vysokou výrobní kvalitu a přesnost.

Příklad z vystružování implantátu: Průměr výstružníku HR 500 D 5,15 mm, tenká vrstva TiAlN nanoA, obráběný materiál titanová slitina TiAl4V6, hloubka vystružování 13 mm, průchozí díra, vnitřní chlazení řezným olejem, obrobeno na obráběcím centru se stabilním upnutím, řezná rychlost vc = 72 m.min-1 a posuv f = 0,4 mm.ot.-1, trvanlivost nástroje činí 21 m.

Díky optimalizované geometrii s rozdílným stoupáním šroubovic profilových drážek s úhly 35°/38° jsou vysoce výkonné frézy RF 100 Ti předurčeny pro opracování titanových slitin i při velkých hloubkách řezu. Nestejnoměrné stoupání šroubovic v tomto případě účinně tlumí chvění i vibrace a působí proti vývrtovému efektu vytahování frézy ven z upínače. Optimalizovaná geometrie řezného rohu zaručuje vysoké trvanlivosti nástroje při vynikající tvarové přesnosti a jakosti obrobené plochy.

^-1 a posuv fz = 0,24 mm, trvanlivost nástroje činí 50 minut.

Vysoce výkonné frézy optimalizované pro opracování nerezových ocelí RF100 VA se vyznačují rozdílným úhlem stoupání spirálních drážek, což v konečném efektu přináší snížení vibrací při obrábění. Díky tomuto nestejnému stoupání se při frézování načisto dosahuje prokazatelně lepší kvality povrchu, kdy je možné i zvýšit posuvy při aplikacích frézování drážek a také při hrubování.

Frézy RF100 VA pokrývají svojí univerzálností velkou škálu požadavků na komplexní frézovací proces nerezových ocelí, kde vedle zvýšení trvanlivosti a stálosti rozměrů obrobených ploch představují také ekonomické obrábění při nízkých cenách.

Příklad z aplikace frézování korozivzdorné oceli: Fréza RF 100 VA/NF, tenká vrstva TiAlN nanoA, obráběný materiál korozivzdorná ocel X10CrNiS 18 9 (1.4305), hloubka frézování ap = 18 mm, tloušťka třísky ae = 12 mm, vnější chlazení emulzí, obrobeno na obráběcím centru se stabilním upnutím, frézování drážky, řezná rychlost vc = 72 m.min^-1 a posuv fz = 0,065 mm, trvanlivost nástroje činí 126 minut.

Pevné a stabilní závity jsou pro chirurgické implantáty absolutní nutností. Celá paleta závitníků Gühring je díky své speciální a optimalizované geometrii předurčena pro nasazení v tomto oboru. Speciální povlaky na těchto nástrojích zaručují vysokou trvanlivost a vynikající odolnost proti nalepování třísek. Kromě standardních závitníků pro metrické i jemné metrické závity jsou také k dispozici závitníky pro UNC A UNF závity. Pro jakékoliv ostatní typy závitů je možné dodat nástroje v rámci speciálního programu.

Technologie pro vrtání mikrovrtáky pro medicínské účely byla vyvinuta v oddělení výzkumu a vývoje v českém výrobním závodě v Sulkově. Jednalo se o vrtání otvoru pro nit do lékařských jehel pro operační šití. Do zahnutých jehel o průměru 0,8 mm z chromové oceli se ze zadní strany vrtá otvor o průměru 0,4 mm, do něhož je pak zapertlována vlastní šicí nit. V tomto případě byly prováděny zkoušky několika různých variant a na základě důkladné hodnotové analýzy byly následně vyrobeny finální zkušební mikrovrtáky. Výsledné zkoušky prokázaly splnění zvýšených požadavků na trvanlivost těchto miniaturních nástrojů.

Průměr vrtáku byl 0,40 mm, jako řezný materiál byl použit HSCO bez tenké vrstvy, obráběný materiál nerezová ocel X20Cr13 (1.4021), hloubka vrtání 1,2 mm, neprůchozí díra, vnější chlazení emulzí, obrobeno na obráběcím centru se stabilním upnutím, řezná rychlost vc = 10 m.min-1 a posuv f = 0,003 mm.ot.^-1, trvanlivost nástroje činila 1,12 m.

Nástroje pro obrábění implantátů a komponentů pro zdravotnictví velmi dobře zapadají do osvědčené medicínské koncepce koncernu Gühring, neboť v jejím rámci jsou nabízeny také lékařské nástroje pro kostní operace – kostní vrtáky, frézičky a záhlubníky v krátkých i dlouhých provedeních včetně kanylovaných. Celý sortiment doplňují také listy do pilek s různým ozubením, tloušťkou a různými tvary pro uchycení. Tyto nástroje jsou vyrobeny z nerezových ocelí. Vysoká kvalita a preciznost jsou neoddiskutovatelnou nutností pro tyto speciální lékařské nástroje z korozivzdorných a kyselinovzdorných ocelí. Nástroje jsou speciálně vyráběny podle výkresů, které vznikají hlavně díky těsné spolupráci s jejich uživateli. Firma přináší pak dále své know-how do vlastní výroby těchto nástrojů, neboť nerezové oceli jako řezný materiál jsou těžko obrobitelné a velmi náchylné na tvoření otřepů, a navíc během výroby musí zůstat v patřičné materiálové kvalitě tvrdosti. Extrémně ostrých hran nástrojů a vyhovující tvrdosti se dosahuje obráběním na vysoce přesných bruskách při nízkých teplotách. Pro snížení pracovních teplot při konkrétních aplikacích jsou tyto nástroje také v mnoha případech opatřeny chladicími kanály. Pro snadnou identifikaci průměrů nástrojů při operaci je možné je označit barevnými proužky. Použité rozlišovací barvy různých tónů jsou certifikované pro operační nástroje a odolávají i vysokým teplotám při následných opakovaných sterilizacích.

Dr.-Ing. František Plánička

Gühring

frantisek.planicka@guehring.de
www.guehring.de