Biuletyn Sharp E Lipiec 2010

Czy powinienem szlifować implanty kolana i biodra?

 

Globalny Kryzys Finansowy lat 2008-2009 dał się we znaki wielu producentom narzędzi i maszyn tnących na świecie, zmuszając niektórych z nich do zmniejszenia obrotów o 50-80%. W następstwie takich zwrotów ekonomicznych, wiele firm rozważa strategie dywersyfikacyjne, by lepiej zabezpieczyć się przed nieprzewidywalnymi warunkami ekonomicznymi. Najlepiej jest, kiedy strategie dywersyfikacyjne obejmują możliwości inwestycyjne, które przynoszą wysokie zyski na szybko rosnącym rynku w oparciu o solidne, „odporne na recesję” podstawy ekonomiczne.

 

Z tego względu dziedzina szlifowania medycznych implantów ortopedycznych stała się atrakcyjną strategią dywersyfikacyjną dla istniejących już oraz nowych graczy w branży narzędzi tnących CNC. Chirurgia rekonstrukcji stawów jest głównie zdominowana przez operacje kolana, biodra i ramienia, z których wszystkie wymagają implantów ortopedycznych i związanego z nimi oprzyrządowania, co normalnie wymaga szlifowania w trakcie procesu produkcyjnego.
 

Wzrost i postępy technologiczne w tej dziedzinie otwierają dla warsztatów szlifierskich możliwości wejścia na lukratywny rynek, notujący zarówno dotychczasowy, jak i przewidywany wzrost. Inwestycja we właściwą technologię ma zasadnicze znaczenie dla zachowania konkurencyjności na tym rozwijającym się rynku. Odpowiednia obrabiarka w połączeniu z wiodącym w branży oprogramowaniem CAD/CAM zapewnia narzędzia dla efektywnej reakcji na potrzeby rynku
 

Rutynowo, szlifowanie w celach zastosowań ortopedycznych, jak implanty kolan i tarniki kości, odbywa się powszechnie przy użyciu pakietów CAD/CAM, takich jak Siemens PLM NX. Programy dla maszyn NC są na ogół wytwarzane przy zastosowaniu post-procesora NC dla specjalnego rodzaju maszyn, a następnie używane przy produkcji części. Post-procesor stanowi integralną część integracji pomiędzy oprogramowaniem CAD/CAM a maszyną. Dlatego ważne jest zapewnienie, by ta integracja umożliwiała maksymalną elastyczność w procesie projektu i produkcji.
 

Zadawalające wymagania dotyczące geometrii i wykończenia powierzchni przy szlifowaniu stopów ortopedycznej jakości dla produkcji implantów medycznych mogą się okazać bardzo wysokie. Najlepiej jest, gdy integracja pomiędzy oprogramowaniem CAD/CAM i maszyną pozwala na łatwe i elastyczne programowanie zajęć związanych z profilowaniem ściernic, jak również  swobodę w wyborze różnych geometrii zgrubnych i wykańczających kół szlifierskich. Powinno istnieć wyraźne rozróżnienie pomiędzy rolą systemu CAD/CAM a maszyną dla uniknięcia niewydolności powstających, gdy zmiany procesu szlifierskiego wymagają regeneracji programu NC z modelu CAD.
 

W 2008 roku, światowy rynek ortopedyczny szacowany był na około 37 bilionów US$ [1], z czego 12.2 bilionów US$ [2] stanowił sektor rekonstrukcji stawów (tj. sztucznych implantów). Sektor rekonstrukcji stawów zdecydowanie zdominowany jest przez rekonstrukcje kolana i biodra i dlatego są one najważniejsze dla szlifierek CNC, ponieważ te stawy, podobnie jak potrzebne przy nich oprzyrządowanie, takie jak tarniki/rozwiertaki kości, są często produkowane na szlifierkach CNC.
 

Operacja rekonstruktywna stawu biodrowego i kolanowego odnotowuje stale dwucyfrowy wzrost dochodów od wczesnych lat 2000 i przewiduje się w najbliższych latach ponad 9% roczny2 wzrost światowego rynku rekonstrukcji stawów. Choć nie jest to najszybciej rosnący sektor rynku ortopedycznego, popyt na operacje wymiany stawu kolana i biodra jest najwyższy na świecie [3].

 

Tarniki kości udowej stosowane w chirurgii wymiany stawu biodrowego
 

W oparciu o różne społeczne i demograficzne trendy, wzrost w tym sektorze jest w zasadzie gwarantowany. Niezależnie od starzejącej się ludności posiadającej dostęp do tych operacji, wzrost ten jest napędzany przez rozwijające się kraje, takie jak India i Chiny, które w sumie stanowią 37% ludności świata. Dla podkreślenia tego potencjału wzrostu, należy wziąć pod uwagę, że USA i Europa są obecnie największymi konsumentami rynkowymi, odpowiedzialnymi za około 80% konsumpcji (50% U.S, 30% Europa) [4], choć stanowią jedynie 17% ludności świata. W 2008 r. sektor biodra i kolana odnotował wzrost ponad 17% dochodów poza Stanami Zjednoczonymi, tj. dwukrotnie większy niż w Stanach Zjednoczonych [5].
 

W ostatniej dekadzie nastąpił ogromny postęp technologiczny w sektorze rekonstrukcji stawów. Wyłaniający się z tego postępu nowy trend, zwłaszcza w dziedzinie rekonstrukcji kolana, to tworzenie implantów dla indywidualnych pacjentów. Przy zastosowaniu trójwymiarowych skanerów i technologii rzeźbionego projektu ze wspomaganiem komputerowym (CAD), implanty dla indywidualnych pacjentów mogą być teraz projektowane i produkowane przy zwiększonej wydajności i po niższych kosztach w porównaniu do sytuacji sprzed kilku lat. To podejście do implantów ortopedycznych ma oczywiste korzyści w porównaniu z obecnym stosowaniem implantów z półki, które generalnie posiadają ograniczony zakres geometrii.
 

Dlaczego powinienem stosować szlifierką narzędziową CNC do szlifowania implantów ortopedycznych?

 

Ewolucja i wzrost rynku implantów ortopedycznych pobudza nowatorstwo w dziedzinie nowych produktów i procesów produkcyjnych. W miarę, jak rynek ewoluuje w kierunku implantów męskich i żeńskich oraz produkowanych dla indywidualnych pacjentów, producenci muszą dopilnować, by stosować najbardziej opłacalne procesy produkcji. Przy rocznej ilości operacji wymiany stawów kolanowych idących w setki tysięcy i stale rosnących, w połączeniu z potrzebą zastąpienia przestarzałych technologii produkcyjnych, nie jest trudno zauważyć, jak popyt rynkowy stwarza nowe możliwości.
 

Ręczna obróbka implantów ortopedycznych stopniowo zastępowana jest przez szlifowanie CNC przez ostatnie ośmiu lat. Postępy w oprogramowaniu w dziedzinie dalszego przetwarzania CAD/CAM umożliwiają znaczny wzrost wydajności i w wyniku tego nowe rozwiązania szlifowania CNC, które weszły na rynek w ostatnich latach. Doprowadziło to do skrócenia okresu realizacji zamówienia produkcyjnego, co umożliwia opłacalną produkcję implantów dla indywidualnych pacjentów z zachowaniem zysków właściwych dla indywidualnych implantów.
 

Integracja pomiędzy 5-osiowymi szlifierkami narzędzi CNC i oprogramowaniem CAD/CAM zapewniła wydajne rozwiązanie w odpowiedzi na wyzwania stwarzane przez rynek implantów ortopedycznych. Elastyczność, wydajność, automatyzacja i integracja z wiodącymi systemami CAD/CAM to główne konieczne do zidentyfikowania czynniki w procesie badania potencjalnych rozwiązań.
 

Dlaczego szlifierka narzędziowe ANCA jest najlepszym wyborem dla produkcji implantów kolana i biodra oraz ortopedycznych tarników i rozwiertaków kości?

 

ANCA, lider w branży szlifierek narzędzi CNC, oferuje rozwiązania szlifierskie dla przemysłu narzędzi tnących od ponad ćwierćwiecza. Wypracowała ona sobie w tym czasie silną pozycję w zakresie rozwiązań szlifierskich na zamówienie. W ostatnich latach ANCA stworzyła rozwiązanie w szlifowaniu zaprojektowanych przez CAD części z oprogramowania Siemens PLM NX CAD/CAM pracując z liderami światowymi w dziedzinie implantów ortopedycznych, jak również z innymi branżami.

 

Zastosowanie modelu CAD implantu kolana, ścieżka szlifierska jest zdefiniowana w oprogramowaniu Siemens PLX NX
 

Rozwiązanie ANCA w szlifowaniu implantów ortopedycznych zapewnia kluczowe korzyści konkurencyjne w stosunku do istniejących systemów. Przez jasne zdefiniowanie głównych odpowiedzialności pomiędzy oprogramowaniami Siemens NX i ANCA’s Toolroom, post-procesor tworzy informację dotyczącą ścieżki szlifowania w sposób ogólny, tak, aby wszystkie zadania odnoszące się do procesów zostały zlecone oprogramowaniu ANCA.
 

Logiczne oddzielenie tworzenia ścieżki szlifowania od procesu produkcyjnego z natury przedstawia szereg korzyści. Tworzenie ścieżki szlifowania z systemu CAD/CAM musi być stworzone tylko raz. Jest ona następnie używana przez maszynę, gdzie różne średnice ściernic mogą być stosowane przy operacjach ścierania zgrubnego, wykańczania i wyiskrzania, przy czym wszystkie z nich korzystają z tych samych danych. Wykańczanie ściernicy gładko wpasowane jest w ten system, bez potrzeby powrotu do systemu CAD/CAM. Cecha ANCA CNC’s 3D-CRC (wyrównanie promienia narzędzia tnącego) automatycznie oblicza zmodyfikowaną ścieżkę szlifowania, wprowadzając korektę dla nowej średnicy koła na dźwigni. Umożliwia to szlifowanie części przy pomocy konwencjonalnych lub super-ściernych kół stosując ten sam kod stworzony przez NC.
 

To podejście wyklucza potrzebę ponownego tworzenia kodu NC z oprogramowania CAD/CAM, kiedy parametry procesu wymagają modyfikacji. Kompensacja i korekty ściezki szlifowania i ściernic mogą być dokonywane bezpośrednio na maszynie. Tworzenie kodu NC jest wymagane jedynie wtedy, gdy trzeba dokonać zmian geometrii części. Unikając potrzeby ponownego odwiedzania modelu CAD, proces produkcyjny jest znacznie zoptymalizowany.
 

Do dodatkowych korzyści należy korzystanie z wiodącego w branży pakietu oprogramowania ANCA Toolroom. Oprogramowanie ANCA iGrind do projektowania oprogramowania pozwala, by stworzony kod NC był używany w wyspecjalizowanej operacji iGrind, umożliwiając zdefiniowanie wszystkich parametrów procesów. Pozwala to na mieszanie operacji stworzonych przez CAD z innymi standardowymi operacjami szlifierskimi, umożliwiając pełną elastyczność w projektowaniu specjalnych części. To podejście pozwala również, by operacje frezowania i wiercenia były wykonywane na jednej maszynie i przy jednym ustawieniu, jeżeli konieczne.
 

Gładka integracja geometrii stworzonej przez CAD z oprogramowaniem ANCA’s iGrind oznacza również, że cała kolejność szlifowania, włącznie z wszelkimi dodatkowymi operacjami, może być symulowana w 3D z zastosowaniem wiodącego w branży oprogramowania ANCA Cim3D. Niezależnie od weryfikacji geometrii off-line, istnieje możliwość wykrywania potencjalnych kolizji i obliczenia przybliżonego czasu cyklu.
 

ANCA TX7+ jest polecaną przez ANCA maszyną do szlifowania implantów ortopedycznych. Zbudowana na podstawie z betonu polimerowego w celu najwyższego wytłumienia wibracji, TX7+ dostarcza pakiet , sztywność, dokładność, mocy i opcje automatyki dla poradzenia sobie z najbardziej wymagającymi zadaniami. TX7+ jest wyposażona w 37KW (49HP) 10.000RPM wrzeciono, jak również 3.000RPM obciągacz wrzeciennika z możliwością zamontowania na sztywno dodatkowego obciągacza z szybko zmieniającymi się trzpieniami HSK. Opcjonalna oś P zapewnia kontrolowaną przez CNC podtrzymkę narzędzia zawierającą opcjonalnie, stabilny Arobotech lub konik o kontrolowanej przez CNC sile docisku. TX7+ ma wbudowany podwójny zmieniacz pakietów ściernic. Ponadto dostępny jest jako opcja model z podajnikiem ściernic do maksymalnie 21 pakietów ściernic. Dostępny jest też automatyczne diamentowanie ściernicy białym kamieniem. lub konik o kontrolowanej przez CNC sile docisku. TX7+ ma wbudowany podwójny zmieniacz pakietów ściernic. Ponadto dostępny jest jako opcja model z podajnikiem ściernic do maksymalnie 21 pakietów ściernic. Dostępny jest też automatyczne diamentowanie ściernicy białym kamieniem.
 

Automatyzacja dla zastosowań implantów ortopedycznych na ogół przynosi korzyści z zastosowania podajnika typu robot firmy FANUC. Niezależnie od możliwości zapewnienia automatycznego załadunku części, robot może być używany w celach równoczesnego wykonywania innych zadań, takich, jak polerowanie w przestrzeni roboczej podajnika w czasie, gdy maszyna pracuje.
 

Rozwiązanie ANCA zapewnia elastyczność szlifowania szerokiego zakresu części i narzędzi tnących, pozwalając na maksymalne wykorzystanie maszyny i wielofunkcyjność. Poza implantami ortopedycznymi i oprzyrządowaniem, standardowe narzędzia tnące mogą być produkowane na tej samej maszynie. Na konkurencyjnym rynku, zainwestowanie we właściwą obrabiarkę z wiodącym oprogramowaniem jest zasadniczym krokiem, by odnosić sukcesy, zwłaszcza w dziedzinie implantów ortopedycznych i oprzyrządowania.
 

Zadzwoń dzisiaj do swojego miejscowego oddziału lub dealera ANCA i umów się na demonstrację maszyny, by samemu zobaczyć, dlaczego ANCA TX7+ jest wiodącą w branży maszyną do szlifowania implantów ortopedycznych i oprzyrządowania.

 

 

Źródła

1 The Complete Guide to the Global Orthopaedic Market 2009, Espicom Business Intelligence (www.espicom.com), 2009.

2 The Future of the Orthopedic Devices Market to 2012, Global Markets Direct, Dec-2008, Report Code: GMDME0754MR

3 Global Orthopaedic Market - Focus on Hip and Knee replacement, A&M Mind Power Solutions, Jan 2010,

4 Hip and Knee Replacement Market: Overview of the US and European markets - growth in a mature market, Datamonitor, Oct 2006

5 For Orthopedic Devices, the Future Is Still Bright, Anthony G. Viscogliosi, Viscogliosi Bros LLC, May 2009

6 lipca 2010