Figura 1: impianto ortopedico d'anca che include una testa del femore
 

L'industria medica è un settore in cui clienti e mercati sono estremamente sensibili alla qualità e alla costanza del prodotto.  Questo aspetto vale ancora di più per impianti ortopedici che devono essere inseriti in modo permanente all'interno del corpo umano.   Di conseguenza, i clienti che acquistano e utilizzano impianti ortopedici necessitano di assoluta fiducia nel prodotto, che a sua volta richiede assoluta fiducia nel processo produttivo.

Le prestazioni delle sfere femorali utilizzate negli impianti di sostituzione dell'anca richiedono una costanza per quanto riguarda rotondità, dimensioni e finitura superficiale come criteri di qualità chiave. Per raggiungere questo obiettivo, ANCA ha sviluppato un processo specifico sulla propria macchina MX7 Linear che applica una serie di operazioni di rettifica, levigatura e lucidatura finale.  Il risultato è una finitura superficiale sulla sfera di <0,01µm Ra e una rotondità della parte inferiore a 3µm.

 

Figura 2: la misurazione della finitura superficiale della sfera finita è <0,01 micron Ra

 

Il primo passo nel processo è la rettifica accurata della parte iniziale a misura. Utilizzando mole di rettifica in CBN placcate, il materiale in eccesso viene rimosso dalla parte di tornitura grezza.  Questa operazione semplifica i processi a monte riducendo le richieste di tolleranza per il pezzo grezzo su cui la MX7 di ANCA eseguirà la rettifica.

Successivamente, sono previsti una serie di processi di levigatura fine che producono miglioramenti incrementali nella finitura superficiale. Gli ingegneri applicativi di ANCA e del produttore di mole di rettifica Tyrolit si sono uniti per sviluppare un processo che offrisse risultati di produzione stabili sulla parte sferica del femore. 

Le mole Tyrolit sono state sviluppate specificamente per applicazioni con la testa del femore, ma è noto che si usurano naturalmente durante il processo di produzione. ANCA si è trovata in una posizione unica per affrontare questa sfida, essendo il progettista e produttore dei propri motori lineari LinX, nonché del sistema di servoazionamento e CNC che controlla il movimento della macchina e della mola di rettifica.   I sistemisti di ANCA hanno sviluppato un algoritmo di controllo completamente nuovo per questa applicazione.  Ciò ha consentito all'operatore di programmare le forze desiderate applicate dalla mola di levigatura alla sfera femorale.  Tramite la programmazione di questa forza, la mola avanza sulla sfera a una velocità costante al procedere del processo erosivo.  Le tre diverse mole Tyrolit utilizzate possono essere programmate con il proprio unico parametro di forza di rettifica al fine di raggiungere una finitura superficiale a specchio e una tolleranza dimensionale costante. 

Inoltre, è stata sviluppata la misurazione automatica della mola che assicura che ogni operazione di levigatura inizi dalla posizione corretta di avanzamento.  Ciò ha assicurato la costanza del processo indipendentemente dall'usura della mola che si verifica dopo ogni operazione di levigatura.

L'ultimo passaggio prevede un'operazione di lucidatura finale, fornendo una finitura a specchio sulla superficie di lavoro della sfera.   Questo è fondamentale per garantire che l'attrito meccanico e l'usura siano ridotti al minimo nell'impianto finale dell'anca.

 

  

Figura 4: risultati di prima e dopo con il processo di produzione della sfera femorale su MX7 Linear
 

La MX7 Linear di ANCA si è rivelata essere una piattaforma macchina ideale per questa applicazione.  Il pacco cambiamole a 6 mole assicura che tutte le operazioni di rettifica, levigatura e lucidatura possano essere eseguite tramite un'unica configurazione.  Inoltre, gli utensili utilizzati per la produzione della sfera femorale possono essere facilmente convertiti in applicazioni per la produzione di utensili da taglio.  Quindi, piuttosto che acquistare una macchina dedicata solo alla produzione di teste femorali, gli utenti possono facilmente utilizzare la loro macchina per altre applicazioni di rettifica CNC a completamento del proprio mercato e del proprio modello di business.   La produzione di frese rotative chirurgiche, punte e alesatori, nonché raspe per anca femorale sono tutte applicazioni ideali per la produzione sulla stessa macchina MX7 Linear che sicuramente accrescerà la presenza nel settore dell'ortopedia medica.