E-Sharp News Июль 2010

Стоит ли заниматься шлифованием ортопедических имплантов?

 

Мировой финансовый кризис 2008-2009 повлиял на многие фирмы, производящие режущие инструменты. Некоторые из них вынуждены были сократить производство на 50-80%. Экономической спад заставил многие компании искать пути диверсификации, чтобы смягчить воздействие колебаний экономической активности. При диверсификации, мы стремимся инвестировать в такие направления, которые дают значительную прибыль в период быстрого роста рынка, но при этом сохраняются в период спада экономической активности.
 

Именно поэтому для многих компаний, работающих или начинающих работать в области заточки инструментов на станках с ЧПУ, шлифование медицинских имплантов стало таким привлекательным вариантом диверсификации. Основные направления современной реконструктивной хирургии – это протезирование тазобедренных, плечевых и коленных суставов. Импланты для этих суставов и связанные с ними инструменты требуют заточки в процессе изготовления.
 

Исторический и прогнозируемый рост этого рынка, а также быстрое развитие технологии открывают заманчивые возможности для компаний, занимающихся шлифованием. Рынок находится в процессе становления, поэтому инвестиции в правильно выбранную технологию имеют особое значение. Правильно выбранный станок в сочетании с самым современным программным обеспечением CAD/CAM дает возможность быстро реагировать на меняющиеся потребности этого рынка.
 

Режим шлифования ортопедической продукции (импланты коленных суставов, костные распаторы) обычно определяется с помощью программных пакетов CAD/CAM, таких как Siemens PLM NX. Программы ЧПУ для станка обычно генерируются с помощью постпроцессора ЧПУ для конкретной цели, и затем используются для изготовления детали. Постпроцессор является неотъемлемой частью связи между программным обеспечением CAD/CAM и станком, поэтому очень важно обеспечить максимальную гибкость этого взаимодействия на стадиях проектирования и производства.
 

Выполнение требований по геометрии и качеству обработки поверхностей при шлифовании сплавов для ортопедических имплантов может оказаться непростой задачей. В идеале взаимодействие программного обеспечения CAD/CAM со станком должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечить простое и гибкое программирование режимов правки шлифовального круга, а также возможность выбирать нужную геометрию шлифовального круга для черновой и чистовой обработки. Должно быть обеспечено четкое разграничение функций системы CAD/CAM и станка, чтобы при изменении режима шлифования не надо было восстанавливать программу ЧПУ из модели CAD, что всегда снижает эффективность.
 

По оценкам экспертов в 2008г. мировой рынок ортопедической продукции составил $37 млрд. [1], из которых $2,2 млрд. [2] приходится на протезирование суставов (т.е. искусственные импланты), где преобладает протезирование коленных и тазобедренных суставов. Это представляет особый интерес для компаний, занимающихся шлифованием на станках с ЧПУ, т.к. эти импланты и связанные с ними инструменты (костные распаторы, иглы) обычно производятся на таких станках.
 

С начала 2000-х годов доходы в секторе изготовления коленных и тазобедренных имплантов растут в объеме более 10% в год, и ожидается, что в ближайшие годы мировой рынок протезирования суставов будет расти в объеме более 9%. Хотя это и не самый быстрорастущий сектор ортопедического рынка, потребность в реконструктивной хирургии коленных и тазобедренных суставов очень высока во всем мире [3].

 

Бедренный распатор, используемый при замене тазобедренного сустава
 

Вследствие различных социальных и демографических факторов, рост в этом секторе практически гарантирован. Помимо стареющего населения в развитых странах, где  эти процедуры общедоступны, рост также происходит за счет развивающихся стран, таких как Китай и Индия, которые представляют 37% населения планеты. Достаточно привести такие цифры: в настоящее время США и Европа составляют 80% потребителей в этом секторе (50% США, 30% Европа) [4], хотя они представляют всего 17% мирового населения. В 2008г. рост доходов в секторе коленных и тазобедренных имплантов за пределами США превысил 17%, что более чем в два раза выше, чем в США [5].
 

За последнее десятилетие в технологии протезирования суставов произошли значительные изменения. Возникло новое направление – индивидуальные импланты (особенно для коленных имплантов). Применение трехмерных сканеров и скульптурного моделирования САПР (CAD) позволяет проектировать и изготавливать индивидуальные (т.е. рассчитанные на конкретного человека) импланты лучше и дешевле, чем в недавнем прошлом. Это направление представляет очевидный интерес, т.к. применяемые сейчас стандартные импланты имеют ограниченный набор геометрических характеристик.
 

Почему для шлифования ортопедических имплантов необходим шлифовальный станок с ЧПУ?

 

Рост и эволюция рынка ортопедических имплантов способствуют развитию новой продукции и производственных процессов. С учетом наметившейся тенденции к изготовлению индивидуальных имплантов и имплантов, отличающихся у мужчин и женщин, производители должны применять самые эффективные и экономичные методы производства. Количество операций по протезированию коленного сустава достигло уже сотен тысяч в год и продолжает расти; возникает необходимость замены устаревших производственных технологий. Таким образом спрос на рынке открывают новые возможности.
 

За последние 8 лет обработка ортопедических имплантов вручную была постепенно вытеснена шлифовальными станками с ЧПУ. Развитие программного обеспечения постпроцессоров CAD/CAM привело к значительному повышению производительности и появлению на рынке новых методов шлифования на станках с ЧПУ. Это в свою очередь привело к сокращению времени производственного цикла, благодаря чему производство индивидуальных имплантов становится рентабельным и обеспечивает соответствующие для этого продукта нормы прибыли.
 

Взаимодействие 5-осевых шлифовальных станков с ЧПУ с программным обеспечением CAD/CAM стало эффективным методом удовлетворения спроса на рынке ортопедических имплантов. Гибкость, производительность, автоматизация, интеграция с ведущими системами CAD/CAM – это основные параметры, которые должны рассматриваться при поиске возможных решений.
 

Почему шлифовальный станок компании ANCA – это самый лучший вариант для изготовления имплантов коленных и тазобедренных суставов, а также костных распаторов и боров?

 

ANCA занимает лидирующее положение в области шлифования инструментов. Мы работаем на рынке производства режущего инструмента уже более 25 лет и имеем репутацию поставщика индивидуальных решений для шлифования. В последние годы, работая с ведущими специалистами в области ортопедии и в других отраслях, мы разработали метод шлифования изделий, спроектированных в программном обеспечении Siemens PLM NX CAD/CAM.
 

Определение траектории шлифования в программном обеспечении Siemens PLM NX CAD/CAM с использованием модели CAD импланта коленного сустава
 

Система шлифования ортопедических имплантов компании ANCA имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с конкурентами. За счет четкого разграничения функций между Siemens NX и программным обеспечением ANCA Toolroom, мы разработали постпроцессор, который обеспечивает оптимальное взаимодействие между двумя системами. Постпроцессор универсальным способом генерирует информацию о траектории шлифования, и таким образом все задачи, относящиеся к самому процессу, передаются программному обеспечению ANCA.  
 

Такое логическое разделение задачи создания траектории шлифования и задач производственного процесса дает ряд преимуществ. Траектория шлифования должна создаваться в системе CAD/CAM только один раз. Затем она используется на станке, где для черновой, чистовой обработки и выхаживания применяются круги различных диаметров, но при этом используется набор одних и тех же генерированных данных. Правка круга органично включена в эту систему и не требует возвращения к системе CAD/CAM. Функция коррекции на радиус режущего инструмента (ANCA CNC 3D-CRC) автоматически вычисляет измененную траекторию шлифования и на ходу перестраивается на новый диаметр круга. Это позволяет шлифовать детали как обычным, так и суперабразивным кругом, используя тот же генерированный код ЧПУ.
 

Это позволяет избежать необходимости повторно создавать код ЧПУ в программном обеспечении CAD/CAM, когд�� требуется настроить параметры процесса. Настройку и коррекцию для траектории шлифования и шлифовальных кругов можно выполнять непосредственно на станке. Повторное создание кода ЧПУ требуется только при изменении геометрии детали. Необходимость возвращения к модели CAD отпадает, и таким образом достигается существенная оптимизация процесса.
 

Другие премущества системы связаны с разработанным компанией ANCA пакетом программного обеспечения Toolroom. Программа проектирования инструмента ANCA iGrind позволяет использовать генерированный код ЧПУ в специальной операции iGrind, что позволяет определить все параметры процесса. Это дает возможность совмещать операции, генерированные в системе CAD, с другими стандартными операциями шлифования, что обеспечивает гибкость, необходимую для проектирования специальных деталей. Это также позволяет, при необходимости, осуществлять фрезерование и сверление на одном станке, за одну установку.
 

Беспрепятственная интеграция геометрических параметров, генерированных в системе CAD, в программное обеспечение ANCA iGrind также означает, что вся последовательность операций шлифования, включая любые дополнительные операции, может быть смоделирована в трех измерениях с помощью программного обеспечения ANCA Cim3D. Помимо автономной проверки геометрических параметров, это позволяет обнаружить потенциальные столкновения и рассчитать время цикла.
 

Самый лучший вариант для шлифования ортопедических имплантов – это станок ANCA TX7+. Установленный на станине из полимербетона, дающего наилучшее гашение вибраций, TX7+ обеспечивает безопасную эксплуатацию, жесткость, мощность и точность, необходимые для самых сложных операций. Станок TX7+ оснащен шпинделем на 37 кВт (49 л.с.), 10000 об/мин., а также устройством правки шпиндельной бабки на 3000 об/мин. с возможностью жесткой установки вспомогательного устройства правки с быстросменными оправками HSK. Опциональная ось Р обеспечивает контролируемую от ЧПУ опору инструмента, включая дополнительный люнет, Arobotech или заднюю бабку с управлением от ЧПУ. На станке TX7+ имеется встроенное двойное устройство смены пакета кругов. В качестве опции имеется устройство смены пакетов кругов емкостью до 21 пакета. Также может быть включено автоматическое наклеивание этикеток 
 

Применение загрузочного робота Fanuc как правило обеспечивает более эффективную автоматизацию при шлифовании ортопедических имплантов. Помимо автоматической загрузки деталей, робот также может одновременно использоваться для выполнения других задач (например, полирование) в пределах рабочей зоны загрузочного устройства, пока ведется шлифование на станке.
 

Методика компании ANCA дает возможность шлифовать самый широкий диапазон деталей и режущих инструментов, обеспечивая максимальную полезную эксплуатацию станка и универсальность. Помимо ортопедических имплантов и инструментов, на этом станке можно изготавливать обычные режущие инструменты. В условиях конкуренции на рынке, правильный выбор оборудования, оснащенного самым современным программным обеспечением, –  это залог успеха, особенно в такой области, как ортопедические импланты и инструменты.
 

Мы приглашаем вас в ближайшее представительство (или к официальному дилеру) компании ANCA, где вы сами сможете убедиться, что ANCA TX7+ – это самое совершенное оборудование для шлифования ортопедических имплантов и медицинских инструментов.

 

Ссылки

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 июля 2010